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Die Erfindung betrifft einen Bohrgestängeschuss, ein Verbindungssystem einer Erdbohrvorrichtung, eine Erdbohrvorrichtung und ein Verfahren zum Verbinden eines Bohrgestängeschusses.
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Erdbohrvorrichtungen, insbesondere Horizontalbohrvorrichtungen, kommen zum Einsatz, um in grabenloser Bauweise Erdbohrungen beispielsweise für Versorgungs- und Entsorgungsleitungen in das Erdreich einzubringen bzw. bereits verlegte Altleitungen grabenlos auszutauschen. Zum Einbringen der Erdbohrung wird meist ein Bohrgestängeschüsse aufweisendes Bohrgestänge verwendet, bei dem die Bohrgestängeschüsse miteinander, mit Bohrköpfen und/oder einem Antrieb verbindbar sind.
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Es ist bekannt, Bohrgestängeschüsse derart auszugestalten, dass die Bohrgestängeschüsse an einem Ende ein Innengewinde aufweisen und am jeweils anderen Ende mit einem Außengewinde versehen sind. So kann ein Bohrgestängeschuss mit seinem das Außengewinde aufweisenden Ende in ein entsprechendes Innengewinde in einem anderen Bohrgestängeschuss – oder umgekehrt – verschraubt werden.
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Aus
DE 41 16 771 C2 ist bekannt, Bohrgestängeschüsse mittels einer Schnellkupplung zu verbinden. Die Schnellkupplung kann ein zumindest in einer Richtung verdrehfester Bajonettverschluss sein, der in der Lage ist, sowohl Zug- und Schub- als auch Drehkräfte aufzunehmen. Die aus
DE 41 16 771 C2 bekannten Bohrgestängeschüsse lassen sich durch axiales Zusammenstecken und anschließendes radiales Verdrehen zug- und schubfest miteinander verbinden. Zur Sicherung der Verbindung gegen Verdrehung beschreibt die
DE 41 16 771 C2 die Verwendung eines Querstifts.
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Nachteilig bei dem bekannten Stand der Technik ist die Verwendung eines zusätzlichen Bauteils – des Querstifts –, um eine verdrehfeste Verbindung in beiden Drehrichtungen um die Längsachse der Bohrgestängeschüsse herzustellen. Es bedarf zusätzlichen Materials und zusätzlicher Verfahrensschritte, um die Bohrgestängeschüsse zu verbinden und nach Erstellen der Erdbohrung zu lösen. Insbesondere das Entfernen des Querstifts kann aufgrund der harschen Bedingungen beim Erdbohren schwierig und/oder zeitaufwändig sein.
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Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Bohrgestängeschuss anzugeben, mit dem eine einfachere Ausgestaltung einer drehfesten Verbindung in beiden axialen Drehrichtungen möglich ist. Weiterhin sollte ein verbessertes Verbindungssystem geschaffen werden sowie eine verbesserte Erdbohrvorrichtung.
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Ferner sollte ein Verfahren angegeben werden, mit dem ein verbessertes Verbinden eines Bohrgestängeschusses möglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der nebengeordneten Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Gegenstände der nebengeordneten Patentansprüche sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Idee liegt darin, eine Bajonettverbindung, die aus einer Steck-Dreh-Verbindung besteht, derart weiterzubilden, dass zusätzlich zu den Schritten des Steckens und Drehens ein weiterer Steck-Schritt durchgeführt wird, indem eine rotationsfeste Verbindung um die Längsachse des Bohrgestängeschusses erreicht wird. Mit dem Bohrgestängeschuss ist insbesondere ein Paddelbetrieb des Bohrgestänges möglich.
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Ein „Bohrgestängeschuss” umfasst im Sinne der Erfindung einen Gestängeschuss einer Erdbohrvorrichtung. Unter einer „Erdbohrvorrichtung” wird insbesondere jede Vorrichtung verstanden, welche ein Bohrgestängeschüsse aufweisendes Bohrgestänge in einem bestehenden oder zu erstellenden Kanal im Erdreich bewegt, um eine Bohrung, insbesondere eine Horizontalbohrung, zu erstellen oder aufzuweiten oder um Leitungen oder andere lange Körper in das Erdreich einzuziehen. Bei der Erdbohrvorrichtung kann es sich insbesondere um eine HD-Vorrichtung (Horizontal Drilling, Horizontalbohrung) handeln. Eine erfindungsgemäße „Erdbohrvorrichtung” umfasst eine ein Bohrgestänge antreibende Vorrichtung, die Erdreich verdrängend arbeitet, und das Bohrgestänge zumindest über einen Teilwinkelbereich drehend in längsaxialer Richtung des Bohrgestänges angetrieben werden kann. Wird das Gestänge über einen Winkelbereich in beiden Drehrichtungen in Richtung der Längsachse des Bohrgestänges bewegt, so spricht man vom Paddelbetrieb.
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Der Begriff „HD” im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere jede Art von bestehenden oder zu erstellenden, vorzugsweise horizontalen oder zur Horizontalen geneigten Kanälen in einem Körper, insbesondere Erdkanäle einschließlich Erdbohrungen, Felsbohrungen oder Erdleitungen sowie unterirdische oder oberirdische Rohrleitungen und Wasserkanäle, die sich durch Einsatz einer entsprechenden Erdbohrvorrichtung herstellen oder einziehen lassen.
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Ein erfindungsgemäßer Bohrgestängeschuss weist mindestens, insbesondere endseitig, eine Steck-Dreh-Aufnahme, eine sogenannte Bajonett-Aufnahme, zum Zusammenwirken mit einem Mitnehmer, dem sogenannten Bajonett-Mitnehmer, auf. Zusätzlich zu der Steck-Dreh-Aufnahme erlaubt die Aufnahme einen zusätzlichen Steck-Schritt zur Fixierung des Mittnehmers in eine in beiden Drehrichtungen rotationsfeste Verbindung um die Längsachse des Bohrgestängeschusses.
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Die Aufnahme, die insbesondere endseitig am Bohrgestängeschuss angeordnet sein kann, ermöglicht, dass der Bohrgestängeschuss mit dem Mitnehmer mittels eines Steckens ineinander gesetzt wird, wobei Bohrgestängeschuss und Mitnehmer zueinander in längsaxialer Richtung des Bohrgestängeschusses ausgerichtet werden. Nach dem axialen Stecken des Bohrgestängeschusses in axialer Richtung relativ zum Mitnehmer kann der Bohrgestängeschuss relativ zum Mitnehmer um die Längsachse gedreht werden, so dass der Bohrgestängeschuss und der Mitnehmer in Steckrichtung derart nicht mehr fluchten, dass Bohrgestängeschuss und Mitnehmer in Steckrichtung bzw. entgegen dieser nicht mehr getrennt werden können. Die durch die Steck-Dreh-Schritte erhaltene Verbindung ist damit zugfest. Nachdem Bohrgestängeschuss und Mitnehmer relativ zueinander gedreht wurden, erlaubt die Aufnahme einen weiteren Steck-Schritt, insbesondere in längsaxialer Richtung des Bohrgestängeschusses, um zu bewirken, dass die bei der Drehung (im Dreh-Schritt) zusammenwirkenden Flächen nicht mehr fluchten und eine Verdrehung entgegen der Drehung zum Ausbilden der Verbindung kein Lösen des Bohrgestängeschusses vom Mitnehmer ermöglicht. Durch den weiteren Steck-Schritt können Bohrgestängeschuss und Mitnehmer derart fixiert werden, dass eine rotationsfeste Verbindung um die Längsachse des Bohrgestängeschusses in beiden Drehrichtungen möglich ist. Durch den zusätzlichen Steck-Schritt können Bohrgestängeschuss und Mitnehmer derart ausgerichtet werden, dass Bohrgestängeschuss und Mitnehmer zusammenwirkende Flächen aufweisen, die in Anlage zueinander beim zusätzlichen Steck-Schritt gelangen, und Bohrgestängeschuss und Mitnehmer rotationsfest in beide Drehrichtungen fixieren.
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Ein erfindungsgemäßer Bohrgestängeschuss ermöglicht damit eine einfache Ausgestaltung einer Verbindung mit einem Mitnehmer, bei dem eine Drehbewegung des Bohrgestängeschusses in beiden Drehrichtungen um die Längsachse des Bohrgestängeschusses möglich ist. Zudem ermöglicht der Bohrgestängeschuss, eine Möglichkeit, das Gestänge mittels einer Zugbewegung zu bergen, da durch das Ausbilden einer Drehung zwischen Bohrgestängeschuss und Mitnehmer sowie vorherigem Ausrichten und Stecken von Bohrgestängeschuss und Mitnehmer zueinander der Mitnehmer gegenüber dem Bohrgestängeschuss gedreht werden kann, so dass eine Innenkontur des Mitnehmers und eine Außenkontur eines Bohrgestängeschusses nicht mehr fluchten. Zusätzlich zu der Zugbewegung, mit der das Gestänge geborgen werden kann, ist eine mögliche Drehbewegung zum Lösen in einer Richtung, nämlich in der Richtung zum Ausbilden der Verbindung im Dreh-Schritt möglich.
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Der Mitnehmer kann an einem erfindungsgemäßen Bohrgestängeschuss ausgebildet sein, so dass der Mitnehmer an einem Ende eines Bohrgestängeschusses und eine entsprechende Aufnahme für den Mitnehmer am anderen Ende des Bohrgestängeschusses ausgebildet ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Bohrgestängeschuss nur an einem Ende eine Aufnahme für den Mitnehmer aufweist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein am vorderen Ende des Bohrgestänges vorgesehener Bohrgestängeschuss, der mit dem Bohrkopf verbunden wird, nur an einem Ende eine Aufnahme für den Mitnehmer aufweist und am anderen Ende eine andersartige Verbindung vorgesehen ist. Ferner kann auch vorgesehen sein, dass an dem endseitigen Bereich des Bohrgestängeschusses, an dem die (Bajonett-)Aufnahme ausgebildet ist, ein weiteres Verbindungselement geformt ist. Beispielsweise kann endseitig zudem ein konisches Gewinde ausgebildet sein, mittels dessen die Bohrgestängeschüsse miteinander verschraubbar sind und der Mitnehmer lediglich am Antrieb bzw. einem Schlitten einer Erdbohrvorrichtung ausgebildet ist.
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Der in den Patentansprüchen oder der Beschreibung verwendete Begriff „mindestens ein” ebenso wie der in den Patentansprüchen und der Beschreibung verwendete unbestimmte Artikel „ein” – auch in entsprechenden grammatikalischen Ausprägungen in Bezug auf Genus und Deklination – umfasst im Hinblick auf das in Bezug genommene Nomen genau eines oder mehrere, d. h. zwei, drei, vier usw., der durch das Nomen bezeichneten Elemente.
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Die erfindungsgemäße Aufnahme des Bohrgestängeschusses weist in einer bevorzugten Ausführungsform einen Ausrichtabschnitt, einen Drehabschnitt und einen Paddelabschnitt auf. Die drei Abschnitte der Aufnahme können die einzelnen Schritte zur Ausbildung der Verbindung, d. h. das Stecken, das Drehen und das Stecken ermöglichen. Mittels des Ausrichtabschnitts können der Bohrgestängeschuss und der Mitnehmer axial ausgerichtet werden, so dass ein Stecken nach dem Ausrichten zueinander erfolgen kann. Mittels des Drehabschnitts können der Bohrgestängeschuss und der Mitnehmer relativ zueinander um die Längsachse, bevorzugt um 45°, gedreht werden. Der Paddelabschnitt ermöglicht das nach dem relativen Drehen von Bohrgestängeschuss und Mitnehmer erforderliche Stecken von Bohrgestängeschuss und Mitnehmer relativ zueinander. Das Stecken im Sinne der Erfindung erfolgt durch eine Relativbewegung von Bohrgestängeschuss und Mitnehmer in axialer Richtung aufeinander zu. Im Paddelabschnitt liegen in beiden Drehrichtungen Wirkflächen des Bohrgestängeschusses und des Mitnehmers vor, die in Anlage zueinander sind, um die rotationsfeste Verbindung in beiden Drehrichtungen zu gewährleisten. Der Ausrichtabschnitt ist bezogen auf das Ende des Bohrgestängeschusses, an dem die Verbindung ausgebildet wird, näher beabstandet als der Drehabschnitt und der Paddelabschnitt. Der Drehabschnitt ist näher zum Ende des Bohrgestängeschusses, an dem die Verbindung ausgebildet werden soll, beabstandet als der Paddelabschnitt. Insbesondere können Ausrichtabschnitt, Drehabschnitt und Paddelabschnitt unmittelbar aufeinander folgen betrachtet von dem Ende des Bohrgestängeschusses, an dem die Verbindung ausgebildet werden soll.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Aufnahme eine axiale Aufsitzfläche und eine Paddelfläche für den Mitnehmer auf. Die axiale Aufsitzfläche ist eine dem Mitnehmer bzw. dem Ende des Bohrgestängeschusses zugewandte Fläche, gegen die der Mitnehmer beim zusätzlichen Steck-Schritt in Anlage mit einer Fläche gelangt und die Bewegung beim Steck-Schritt zwischen Bohrgestängeschuss und Mitnehmer beendet. Die Paddelfläche für den Mitnehmer gewährleistet die rotationsfeste Verbindung, wobei der Mitnehmer mit einer entsprechenden Fläche an der Paddelfläche anliegt. Die Aufsitzfläche kann insbesondere eine Flächennormale aufweisen, die parallel zur Längsachse des Bohrgestängeschusses verläuft. Die Paddelfläche kann insbesondere eine Flächennormale aufweisen, die parallel zu einer Radialrichtung ist. Es kann mehr als eine Aufsitzfläche und/oder mehr als eine Paddelfläche vorgesehen sein. Beispielsweise können vier Paddelflächen vorhanden sein. Es kann sich eine geringere Flächenpressung ergeben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind am Bohrgestängeschuss zwei Paddelflächen ausgebildet, die winkelversetzt zur Längsachse des Bohrgestängeschusses angeordnet sind. Durch die Ausbildung von zwei Paddelflächen ist eine sichere Ausbildung der rotationsfesten Verbindung in den beiden Drehrichtungen möglich. Für jede der beiden Drehrichtungen kann eine Paddelfläche für den Mitnehmer vorgesehen sein.
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Vorzugsweise ist ein Abschnitt zum längsaxialen Ausrichten des Bohrgestängeschusses zum Mitnehmer ausgebildet (Ausrichtabschnitt), der in einem Winkelbereich um die Längsachse des Bohrgestängeschusses einen Vorsprung gegenüber einem anderen Abschnitt, in dem der Mitnehmer um die Längsachse des Bohrgestängeschusses drehbar ist (Drehabschnitt), aufweist. Der Vorsprung kann derart ausgestaltet sein, dass der Mitnehmer nach dem relativen Drehen des Mitnehmers zum Bohrgestängeschuss einen Anschlag für eine axiale Bewegung des Mitnehmers zum Bohrgestängeschuss verhindert. Der Begriff „Vorsprung” kann eine makroskopische Erhebung auf einer Umfangsfläche des Bohrgestängeschusses umfassen. Die makroskopische Erhebung kann vorzugsweise lokal begrenzt sein. Die Erhebung kann gegenüber der Fläche vorstehen. Insbesondere kann der Vorsprung gegenüber einer Mantelfläche des Drehabschnitts vorstehen. Insbesondere können vier Vorsprünge ausgebildet sein.
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Der Abschnitt zum längsaxialen Ausrichten des Bohrgestängeschusses ist vorzugsweise symmetrisch ausgebildet, so dass ein oder mehrere vorhandene Vorsprünge, die als Anschlag für eine Begrenzung einer axialen Relativbewegung zwischen Bohrgestängeschuss und Mitnehmer vorgesehen sind, winkelversetzt zueinander winkeläquidistant um die Längsachse des Bohrgestängeschusses ausgebildet sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die längsaxiale Erstreckung des Abschnitts, in dem der Mitnehmer um die Längsachse des Bohrgestängeschusses drehbar ist (Drehabschnitt), im Wesentlichen gleich der längsaxialen Erstreckung einer Innenkontur des Mitnehmers, so dass Bohrgestängeschuss und Mitnehmer relativ zueinander gedreht werden können und die Drehung in längsaxialer Richtung geführt ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Abschnitt, in dem der Mitnehmer um die Längsachse des Bohrgestängeschusses drehbar ist (Drehabschnitt) eine Längsbewegungs-Stoppfläche und eine Drehbewegungs-Stoppfläche auf, die derart zueinander angeordnet sind, dass der Mitnehmer beim in Kontaktbringen mit der Drehbewegungs-Stoppfläche außer Kontakt mit der Längsbewegung-Stoppfläche ist und der Mitnehmer relativ zu einem weiteren Abschnitt (Paddelabschnitt) steckbar ist.
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Die Erfindung schafft auch ein Verbindungssystem einer Erdbohrvorrichtung zum Verbinden eines vorgenannten Bohrgestängeschusses mit einem Mitnehmer sowie eine Erdbohrvorrichtung mit einem der vorgenannten Bohrgestängeschüsse.
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Ferner schafft die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden eines Bohrgestängeschusses mit einem Mitnehmer, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Stecken des Bohrgestängeschusses relativ zum Mitnehmer in Längsrichtung des Bohrgestängeschusses, Drehen des Bohrgestängeschusses relativ zum Mitnehmer um die Längsachse des Bohrgestängeschusses und Stecken des Bohrgestängeschusses relativ zum Mitnehmer in Längsrichtung des Bohrgestängeschusses, wobei der Mitnehmer in Anlage zum Bohrgestängeschuss derart gebracht wird, dass eine rotationsfeste Verbindung in beiden Drehrichtrungen zur Längsachse des Bohrgestängeschusses ausgebildet wird.
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Die vorstehenden Ausführungen stellen ebenso wie die nachfolgende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen keinen Verzicht auf bestimmte Ausführungsformen oder Merkmale dar.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert:
In den Zeichnungen zeigt:
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1 eine isometrische Darstellung eines endseitigen Bereichs eines Bohrgestängeschusses und einen Mitnehmer;
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2 den Mitnehmer und den endseitigen Bereich des Bohrgestängeschusses gemäß 1 in einer aufgesteckten Position in isometrische Darstellung;
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3 eine stirnseitige Ansicht des auf dem Bohrgestängeschuss aufgesetzten Mitnehmers gemäß 2;
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4 eine Seitenansicht gemäß 2 und eine Schnittdarstellung; und
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5 eine Seitenansicht sowie Schnittdarstellungen des Mitnehmers und des Bohrgestängeschusses nach dem Ausbilden einer rotationsfesten Verbindung
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1 zeigt schematisch einen endseitigen Bereich eines Bohrgestängeschusses 1, der eine Aufnahme 2 aufweist, die eine Steck-Dreh-Aufnahme 3 umfasst. Die Aufnahme 2 weist ferner einen Abschnitt 4 auf, der einen zusätzlichen Steck-Schritt zur Fixierung eines Mitnehmers 5 erlaubt, wobei im zusätzlichen Steck-Schritt der Mitnehmer 5 zum Bohrgestängeschuss 1 bzw. der Aufnahme 2 des Bohrgestängeschusses 1 derart positioniert ist, dass der Mitnehmer 5 in beiden Drehrichtungen rotationsfest zum Bohrgestängeschuss 1 anliegt.
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Der endseitige Bereich des Bohrgestängeschusses 1 weist ein konisch verlaufendes Ende 6 auf, an den sich ein Ausrichtabschnitt 7 anschließt. Am Ende 6 kann ein Außengewinde ausgestaltet sein, das zu einem Innengewinde eines weiteren Bohrgestängeschusses entsprechend ausgebildet ist. Beabstandet zum dargestellten Ende des Bohrgestängeschusses 1 ist ein Drehabschnitt 8 ausgebildet, auf den ein Paddelabschnitt 9 noch weiter beabstandet vom Ende des Bohrgestängeschusses 1 ausgebildet ist.
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In 2 ist der Mitnehmer 5 auf die Aufnahme 2 des Bohrgestängeschusses 1 aufgeschoben und der Ausrichtabschnitt 7 ist derart in einer Innenkontur des Mitnehmers 5 positioniert, dass ein freier Durchgang für den Ausrichtabschnitt 7 im Mitnehmer 5 vorliegt und der Mitnehmer 5 relativ zum Bohrgestängeschuss 1 um die Längsachse des Bohrgestängeschusses 1 gedreht werden kann. In der in 2 dargestellten Position von Mitnehmer 5 und Bohrgestängeschuss 1 ist der Bohrgestängeschuss 1 mit dem Mitnehmer 5 in Anlage. Eine Längsbewegungs-Stoppfläche 10 am Bohrgestängeschuss 1 begrenzt die axiale Bewegung des Mitnehmers 5 beim Aufstecken und dient als Auflage beim Drehen. Die Drehung des Mitnehmers 5 relativ zum Bohrgestängeschuss 1 wird durch eine Drehbewegungs-Stoppfläche 14 begrenzt.
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In 3 ist der Bohrgestängeschuss 1 mit dem Mitnehmer 5 in der Position von 2 von vorne gezeigt.
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4 zeigt eine Seitenansicht des auf den Bohrgestängeschuss 1 aufgeschobenen Mitnehmers 5 sowie eine Schnittdarstellung gemäß Ebene A-A.
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5 zeigt den Mitnehmer 5 mit dem Bohrgestängeschuss 1 nach einer relativen Drehung des Mitnehmers 5 zum Bohrgestängeschuss 1 um die Längsachse des Bohrgestängeschusses 1 und ein Vorschieben des Mitnehmers 5 relativ zum Bohrgestängeschuss 1 in einer Seitenansicht und in Schnittdarstellung gemäß den in der Schnittdarstellung angegebenen Ebenen B-B, C-C und D-D. In der in 5 dargestellten Position des Bohrgestängeschusses 1 zum Mitnehmer 5 fluchten die Ausnehmung im Mitnehmer 5 und die am Ausrichtabschnitt 7 ausgebildeten Vorsprünge 11 nicht mehr miteinander, so dass bei einer Zugbelastung von Mitnehmer 5 zum Bohrgestängeschuss 1 eine zugfeste Verbindung vorliegt. Der Mitnehmer 5 schlägt bei einer Zugbelastung an den am Ausrichtabschnitt 7 ausgebildeten Vorsprüngen 11 an.
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Zudem ist in der in 5 dargestellten Position eine drehfeste Verbindung in beiden Richtungen zwischen dem Mitnehmer 5 und dem Bohrgestängeschuss 1 ausgebildet. Der Bohrgestängeschuss 1 weist zwei Paddelflächen 12 auf, die in Anlage mit an dem Mitnehmer 5 ausgebildeten Drehbewegungsmitnahmeflächen 13 liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4116771 C2 [0004, 0004, 0004]
