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Die Erfindung betrifft eine Bohranlage zum Einbringen von Bohrungen, insbesondere in steinigen oder felsigen Boden, aus einer ortsfesten, vor Ort verankerbaren Lafette, einem darauf in Bohrungsrichtung verschiebbar angeordneten, vorderen Schlitten mit einem ersten Kraftdrehkopf zum Drehen eines rohrförmigen Außengestänges, einem auf der Lafette in Bohrungsrichtung verschiebbar angeordneten, hinteren Schlitten mit einem zweiten Kraftdrehkopf zum Drehen eines koaxial durch das Außengestänge geführten einen Vollbohrkopf tragenden Innengestänge, wobei der vordere und der hintere Schlitten mittels wenigstens eines Vorschubmotors gegenüber der Lafette verfahrbar sind.
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Eine derartige Bohranlage ist in der
DE 29 24 393 C2 offenbart. Es handelt sich um eine Bohrvorrichtung zum Überlagerungsbohren unter Verwendung einer Bohrspülung, mit einem eine Ringbohrkrone tragenden Außenrohrgestänge, einem in dem Außenrohrgestänge verlaufenden, eine zentrische Vollbohrkrone tragenden Innenrohrgestänge und mit einem das Innenrohrgestänge drehenden ersten Drehantrieb und einem das Außenrohrgestänge drehenden zweiten Drehantrieb, die beide an einer angetriebenen Vorschubvorrichtung montiert sind, wobei hinter dem Drehantrieb für das Innenrohrgestänge zusätzlich eine Schlagvorrichtung für das Innenrohrgestänge angeordnet ist und das Außenrohrgestänge und das Innenrohrgestänge in entgegengesetzten Richtungen drehangetrieben sind. Die Vorschubvorrichtung weist zwei abwechselnd verschiebbare Teile auf, von denen jeder einen der Drehantriebe trägt. Durch das gegenläufige Drehen des die Innenbohrkrone tragenden Innenrohrgestänges und des die Ringbohrkrone tragenden Außenrohrgestänges soll erreicht werden, dass die Bohrvorrichtung sich beim Auftreffen auf Widerstände in diese Widerstände hineinfrisst und die Richtung nicht durch Abgleiten verändert.
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Der erste Drehantrieb ist an dem ersten Teil einer Vorschubeinrichtung befestigt, während der zweite Drehantrieb und die Schlagvorrichtung an dem zweiten Teil der Vorschubeinrichtung angebracht sind. Die beiden Teile sind durch eine Kolbenzylindereinheit relativ zueinander bewegbar. Sie liegen in einer Ebene und ihr gegenseitiger Abstand ist durch die Kolbenzylindereinheit veränderbar.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Bohranlage der eingangs erwähnten Art die Kraft des wenigstens einen Vorschubmotors gleichmäßig über das Außengestänge und das Innengestänge auf den Vollbohrkopf zu übertragen und die Richtungsgenauigkeit des Bohrens zu verbessern.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Bohranlage, insbesondere zum Herstellen von Bohrungen in Gestein und Felsen, aus einer vor Ort verankerbaren Lafette, einem darauf in Bohrungsrichtung verschiebbar angeordneten, vorderen Schlitten mit einem ersten Kraftdrehkopf zum Drehen eines rohrförmigen Außengestänges, einem auf der Lafette in Bohrungsrichtung verschiebbar angeordneten, hinteren Schlitten mit einem zweiten Kraftdrehkopf zum Drehen eines koaxial durch das Außengestell geführten, einen Vollbohrkopf mit einem dem Außendurchmesser des Außengestänges im Wesentlichen entsprechenden Außendurchmesser tragenden Innengestänges, wobei der vordere und der hintere Schlitten mittels wenigstens eines Vorschubmotors gegenüber der Lafette verfahrbar sind und wobei wenigstens eine Lageranordnung das bohrlochseitige Ende des Außengestänges im Bereich der Befestigung des Vollbohrkopfes mit dem Innengestänge drehbar und axial unverschiebbar verbindet.
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Das Außengestänge weist keine Ringbohrkrone auf, sondern ist mit dem Innengestänge im Bereich der Befestigung des Vollbohrkopfes mit dem Innengestänge mittels einer Lageranordnung drehbar und axial unverschiebbar verbunden, so dass sich die Kraft des auf das Außengestänge wirkenden Vorschubmotors erst im Bereich der Befestigung des Vollbohrkopfes am Innengestänge auf den Vollbohrkopf überträgt und das Innengestänge daher von einem Teil der Vorschubkraft entlastet wird.
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Vorzugsweise kann eine zweite Lageranordnung beabstandet von der ersten Lageranordnung das Außengestänge mit dem Innengestänge drehbar und axial unverschiebbar verbinden, wodurch es möglich ist, zwischen diesen beiden Lageranordnungen ein Rohrstück des Außengestänges anzuordnen, das um etwa 1° bis 2° gebogen oder geknickt ist. Durch dieses Rohrstück, das auch Knickstück genannt wird, erfolgt die Steuerung der Bohrung. Bei langsamer Rotation des Außengestänges verläuft die Bohrung geradeaus. Wird die Rotation des Bohrgestänges angehalten, verläuft die Bohrung in dem Bogen, der durch die Biegung oder den Knick des Rohrstücks vorgegeben wird. Je nach Stellung des Rohrstücks, beispielsweise auf 15:00 Uhr, verläuft die Bohrung beim Anhalten der Drehung des Außengestänges, in Bohrrichtung gesehen, nach rechts, beim Anhalten der Drehung auf 18:00 Uhr wandert die Bohrung nach unten, wird das Außengestänge in der Stellung 9:00 Uhr angehalten, weicht die Bohrung nach links aus, und wenn das Außengestänge in der 12:00 Uhr-Stellung angehalten wird, wandert die Bohrung nach oben. Dies gilt für eine im Wesentlichen waagerecht oder schräg in den Boden verlaufende Bohrung. Handelt es sich um eine senkrecht verlaufende Bohrung, gilt Entsprechendes.
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Um zu vermeiden, dass auf das Innengestänge im Bereich des gebogenen oder geknickten Rohrstücks Biegebeanspruchungen auftreten, kann das Innengestänge im Bereich des gebogenen oder geknickten Rohrstücks wenigstens eine winkelbewegliche Gelenkverbindung aufweisen.
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Die Ermittlung der Position des Bohrkopfes erfolgt über eine Messsonde, die wahlweise am Außengestänge im Bereich des gebogenen oder geknickten Rohrstücks oder im Bereich eines sich an die zweite Lageranordnung anschließenden Abschnitts am Innengestänge angeordnet ist.
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Wenn der erste Kraftdrehkopf auf dem vorderen Schlitten in Bohrungsrichtung mittels einer ersten Verschiebeeinrichtung und/oder der zweite Kraftdrehkopf auf dem hinteren Schlitten in Bohrungsrichtung mittels einer zweiten Verschiebeeinrichtung gesteuert verschiebbar sind, lassen sich die Bohrgestänge so gegeneinander verfahren, dass die Unterschiede in den Längen der Bohrgestänge, die sich durch die Kopplung der Gestänge am Bohrkopf ergeben, ausgeglichen werden. Dadurch erspart man sich die Paarung der Elemente der äußeren und inneren Bohrgestänge für den folgenden Bohrverlauf. Zudem lassen sich die einzelnen Elemente des Außengestänges und des Innengestänges schonender miteinander verschrauben und entschrauben.
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Nach dem Verschrauben von neuen Elementen der Außengestänge und der Innengestänge werden der vordere Schlitten mit dem ersten Kraftdrehkopf und der hintere Schlitten mit dem zweiten Kraftdrehkopf mittels einer dritten Verschiebeeinrichtung in eine neutrale Position bewegt und festgesetzt. Hierdurch werden das Außengestänge und das Innengestänge miteinander gekoppelt und gleichmäßig mit der Vorschubkraft durch den Vorschubmotor beaufschlagt. Dies hat zur Folge, dass die Lagerkräfte, die am Bohrkopf abgefangen werden müssen, vermindert werden.
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Um die reibungsarme Drehung des Außengestänges gegenüber dem Innengestänge zu gewährleisten, können die erste und/oder die zweite Lageranordnung jeweils aus einem Axial- und einem Radialwälzlager bestehen, die mittels einer Lageraufnahme zwischen dem Außengestänge und dem Innengestänge eingespannt sind.
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Der Vollbohrkopf kann als Rollenmeißel ausgebildet sein, während die winkelbewegliche Gelenkverbindung aus einer Muffenverbindung mit Keilwellenprofil bestehen kann, wobei die Muffe aus zwei zusammenschraubbaren Halbschalen bestehen kann.
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Die einzelnen Elemente des Außengestänges und des Innengestänges können mit einer Gewindeverbindung gemäß der
DE 10 2006 056 663 A1 ausgebildet sein, deren diesbezüglicher Inhalt hier vollständig zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des Näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Bohranlage;
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2 eine Schnittdarstellung des in 1 dargestellten Bereichs des Außengestänges und des Innengestänges, der in 1 außerhalb des ersten Kraftdrehkopfes dargestellt ist;
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3 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Außengestänges und des Innengestänges mit einer ersten und einer zweiten Lageranordnung zwischen dem Außengestänge und dem Innengestänge;
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4 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Außengestänges und des Innengestänges mit einer winkelbeweglichen Gelenkverbindung für das Innengestänge.
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Die 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bohranlage 1, die aus einer Lafette 2, auf der ein vorderer Schlitten 3 und ein hinterer Schlitten 8 verschiebbar angeordnet sind, besteht.
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Auf dem vorderen Schlitten 3 ist ein erster Kraftdrehkopf 4 angeordnet, der über eine Anschlusshülse 6 ein rohrförmiges Außengestänge 5 drehend antreibt. Der erste Kraftdrehkopf 4 ist mittels einer ersten Verschiebeeinrichtung 7 in Form eines Paares seitlich von dem Kraftdrehkopf 4 angeordneter Kolben-Zylinder-Einheiten gegenüber dem vorderen Schlitten 3 in Bohrungsrichtung verschiebbar und festsetzbar.
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Auf dem hinteren Schlitten 8 ist ein zweiter Kraftdrehkopf 9 angeordnet, der mittels einer zweiten Verschiebeeinrichtung 12 in Form eines weiteren Paares seitlich von dem zweiten Kraftdrehkopf 9 angeordneter Kolben-Zylinder-Einheiten verschiebbar und festsetzbar ist. Dieser zweite Kraftdrehkopf 9 setzt ein Innengestänge 10 über eine Anschlusshülse 11 in Drehung und damit über das Innengestänge 10 auch einen Vollbohrkopf 13 in Form eines doppelten Rollenmeißels in Drehung.
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Der vordere Schlitten
3 und der hintere Schlitten
8 sind über eine dritte Verschiebeeinrichtung
17 in Form eines Paares von Kolben-Zylinder-Einheiten miteinander gekoppelt, wobei sich der Abstand zwischen dem vorderen Schlitten
3 und dem hinteren Schlitten
8 in Abhängigkeit von den Längen der Elemente des Außengestänges
5 und des Innengestänges
10 einstellen lässt. Zusätzlich lassen sich das Außengestänge
5 und das Innengestänge
10 durch die erste Verschiebeeinrichtung
7 und die zweite Verschiebeeinrichtung
12 so gegeneinander verfahren, dass die Unterschiede in den Längen der Elemente des Außengestänges
5 und des Innengestänges
10, die sich durch die Kopplung der Gestänge
5,
10 am Vollbohrkopf
13 ergeben, ausgeglichen werden. Dadurch erspart man sich die Paarung der Elemente des Außengestänges
5 und des Innengestänges
10 für den folgenden Bohrverlauf. Zudem lassen sich die Elemente des Außengestänges
5 und des Innengestänges
10 schonender miteinander verschrauben und entschrauben, insbesondere, wenn eine Verschraubung gemäß der
DE 10 2006 056 663 C2 verwendet wird, deren Inhalt hier vollinhaltlich zum Gegenstand der Offenbarung gemacht wird.
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Durch einen Vorschubmotor 14, der mittels eines Zahnrades 15 mit einer schematisch dargestellten Zahnstange 16 an der Lafette 2 in Eingriff ist, werden das Außengestänge 5 und das Innengestänge 10 in der Bohrung mit einer Vorschubkraft beaufschlagt, wobei die erste Verschiebeeinrichtung 7, die zweite Verschiebeeinrichtung 12 und die dritte Verschiebeeinrichtung 17 blockiert sind, so dass über den Vorschubmotor 14 eine im Wesentlichen gleiche Vorschubkraft auf das Außengestänge 5 und auf das Innengestänge 10 ausgeübt wird.
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Aus 2 ist ersichtlich, dass der Vollbohrkopf 13 einen Außendurchmesser aufweist, der mindestens gleich dem Außendurchmesser des Außengestänges 5 ist. Dieser Vollbohrkopf 13 in Form eines Rollenmeißels ist mit einem Anschlusselement 25 verschraubt, das über eine erste winkelbewegliche Gelenkverbindung 28, ein Zwischenstück 29, eine weitere winkelbewegliche Gelenkverbindung 28 mit einem weiteren Anschlussstück 26 drehfest verbunden ist.
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Sowohl das Anschlussstück 25 als auch das Anschlussstück 26 sind mittels einer ersten Lageranordnung 20 und einer zweiten Lageranordnung 21 an einem gebogenen oder geknickten Rohrstück 19 gelagert. Dementsprechend dienen die winkelbeweglichen Gelenkverbindungen 28 dazu, Biegebeanspruchungen vom Innengestänge 10 innerhalb des gebogenen oder geknickten Rohrstücks 19 fernzuhalten, wenn sich das Innengestänge 10 und/oder das Außengestänge 5 gleichsinnig mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten oder gegensinnig drehen. An das gebogene oder geknickte Rohrstück 19 schließt sich ein Rohrabschnitt 18 des Außengestänges 5 an, das mit dem gebogenen oder geknickten Rohrstück 19 in üblicher Weise verschraubt ist. Konzentrisch innerhalb des Außengestänges 5 und insbesondere innerhalb des Rohrabschnitts 18 ist ein Abschnitt 27 des Innengestänges 10 dargestellt, das mit dem Anschlusselement 26 verschraubt ist.
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Zur Ortung des Vollbohrkopfes 13 in der Bohrung dient eine Ortungssonde 30 am gebogenen oder geknickten Rohrstück 19 und/oder eine Ortungssonde 31 am Abschnitt 27 des Innengestänges 10.
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Die 3 zeigt einen vergrößerten Teilschnitt des Bereichs des Außengestänges 5 und des Innengestänges 10 mit dem gebogenen oder geknickten Rohrstück 19, in dem die erste Lageranordnung 20 und die zweite Lageranordnung 21 angeordnet sind. Die Lageranordnungen 20, 21 bestehen aus einem Axialwälzlager 22 und einem Radialwälzlager 23, die mittels Lageraufnahmen 24 im gebogenen oder geknickten Rohrstück 19 befestigt sind.
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Durch die Lageranordnungen 20, 21 an dem Anschlusselement 25, dem Zwischenstück 29 und dem weiteren Anschlusselement 26 im gebogenen oder geknickten Rohrstück 19 wird die durch den Vorschubmotor 14 bewirkte Vorschubkraft über das Außengestänge 5 und das Innengestänge 10 auf das Anschlussstück 25 und damit auf den Vollbohrkopf 13 übertragen, wobei durch die Festsetzung der Verschiebeeinrichtungen 7, 9 und 17 das gekoppelte Außengestänge 5 und das Innengestänge 10 gleichmäßig mit der Vorschubkraft beaufschlagt werden und die Lagerkräfte, die am Vollbohrkopf 13 aufgefangen werden müssen, reduziert werden.
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Aus 4 ist ersichtlich, dass das gebogene oder geknickte Rohrstück 19 zwischen ihrem Anfang und ihrem Ende einen Winkel von 1° bis 2° bildet, und dass das Anschlussstück 25 und das Anschlussstück 26 (2 und 3) mittels einer winkelbeweglichen Gelenkverbindung 28 mit dem Zwischenstück 29 verbunden sind. Die 2, 3 und 4 zeigen eine winkelbewegliche Gelenkverbindung 28 in Form von Keilwellenprofilen an den Enden der Anschlusselement 25, 26 und des Zwischenstücks 29, die von Halbschalen mit einem inneren, komplementären Keilwellenprofil umgriffen werden. Die Halbschalen sind in nicht dargestellter und bekannter Weise miteinander verschraubt und gewähren dem Keilwellenprofilen ein Spiel, das eine Winkelbewegung um 1° bis 2° zulässt. Diese winkelbewegliche Gelenkverbindung 28 kann, ebenso wie das gesamte Innengestänge 10 durchbohrt sein, um eine Spülflüssigkeit zum Vollbohrkopf 13 zu führen. Die winkelbeweglichen Gelenkverbindung 28 kann selbstverständlich auch als ein übliches Kardangelenk oder eine andere winkelbewegliche Gelenkverbindung ausgebildet sein, wenn kein durchbohrtes Innengestänge 10 vorhanden ist.
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Die Steuerung des Verlaufs der mittels der erfindungsgemäßen Bohranlage 1 hergestellten Bohrung erfolgt über das gebogene oder geknickte Rohrstück 19. Soll die Bohrung gerade verlaufen, wird das Außengestänge 5 durch den ersten Kraftdrehkopf 4 in eine langsame Drehung versetzt, so dass sich die durch das gebogene oder geknickte Rohrstück 19 verursachten Abweichungen vom Geradeauslauf während einer Umdrehung ausgleichen. Soll eine mittels der Ortungssonde 30 am gebogenen oder geknickten Rohrstück 19 oder der Ortungssonde 31 am Abschnitt 27 des Innengestänges 10 festgestellte Abweichung vom Geradeauslauf ausgeglichen werden, wird die Drehung des Außengestänges 5 in einer Position angehalten, die eine Rückführung des Vollbohrkopfes 13 in die gewünschte Richtung bewirkt. Vorzugsweise wird das gebogene oder geknickte Rohrstück 19 zur Richtungsänderung auf 12:00 Uhr, 15:00 Uhr, 18:00 Uhr oder 9:00 Uhr eingestellt, je nachdem, welche Position die gewünschte Richtungsänderung bewirkt.
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Bei einem Winkel des gebogenen oder geknickten Rohrstücks von 1° ergibt sich bei angehaltener Drehung des Außengestänges 5 ein Bogen der durch die Bohranlage 1 hergestellten Bohrung mit einem Radius von etwa 100 m und bei einem Winkel von 2° ein Radius von etwa 50 m oder mehr, je nach Bodenbeschaffenheit, wenn beabsichtigt ist, die mit der erfindungsgemäßen Bohranlage 1 erstellte Bohrung in einem entsprechenden Bogen verlaufen zu lassen.
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Durch die Anordnung des ersten Kraftdrehkopfes 4 auf dem vorderen Schlitten 3 und des zweiten Kraftdrehkopfes 9 auf dem hinteren Schlitten 8, die nur mittels der dritten Verschiebeeinrichtung 17 miteinander verbunden sind, ist es vorteilhafterweise möglich, die Bohranlage 1 durch Weglassen eines der beiden Schlitten 3, 8 auf der Lafette 2 in eine Bohranlage zu vereinfachen, die mit nur einem Bohrgestänge ohne Außenrohr arbeitet.
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Alle in der vorstehenden Figurenbeschreibung, in den Ansprüchen und in der Beschreibungseinleitung genannten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen und beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bohranlage
- 2
- Lafette
- 3
- Vorderer Schlitten
- 4
- Erster Kraftdrehkopf
- 5
- Rohrförmiges Außengestänge
- 6
- Anschlusshülse
- 7
- Erste Verschiebeeinrichtung
- 8
- Hinterer Schlitten
- 9
- Zweiter Kraftdrehkopf
- 10
- Innengestänge
- 11
- Anschlusshülse
- 12
- Zweite Verschiebeeinrichtung
- 13
- Vollbohrkopf
- 14
- Vorschubmotor
- 15
- Zahnrad
- 16
- Zahnstange
- 17
- Dritte Verschiebeeinrichtung
- 18
- Rohrabschnitt des Außengestänges
- 19
- Gebogenes oder geknicktes Rohrstück
- 20
- Erste Lageranordnung
- 21
- Zweite Lageranordnung
- 22
- Axialwälzlager
- 23
- Radialwälzlager
- 24
- Lageraufnahme
- 25
- Anschlusselement für den Vollbohrkopf
- 26
- Anschlusselement für einen Abschnitt des Innengestänges
- 27
- Abschnitt des Innengestänges
- 28
- Winkelbewegliche Gelenkverbindung
- 29
- Zwischenstück
- 30
- Ortungssonde am gebogenen oder geknickten Rohrstück
- 31
- Ortungssonde an einem Abschnitt des Innengestänges
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2924393 C2 [0002]
- DE 102006056663 A1 [0014]
- DE 102006056663 C2 [0023]
