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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erstellen von Wandlamellen in einem Boden mit mindestens zwei stangenförmigen, parallel nebeneinander angeordneten Bohr- und Mischwerkzeugen, deren Bohrachsen eine Mittenebene aufspannen und welche über mindestens ein Versteifungsjoch miteinander verbunden sind, wobei ein Mast mit einer Mastführung und ein Antriebsschlitten mit Drehantrieb zum drehenden Antreiben der Bohr- und Mischwerkzeuge vorgesehen sind, wobei der Antriebsschlitten entlang der Mastführung geführt und verfahrbar ist, und an dem Mast unterhalb des Antriebsschlittens ein Zwischenführungsschlitten verschiebbar geführt ist, welcher mit dem Versteifungsjoch über eine Verbindung mit einer Kupplungseinrichtung verbunden ist, über welche das Versteifungsjoch von dem Zwischenführungsschlitten beim Abteufen einer Bohrung lösbar ist, und welche eine erste Kupplungseinheit aufweist, welche mit dem Versteifungsjoch an einer ersten Seite gekoppelt ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der
EP 2 395 153 B1 bekannt. Mit dieser Vorrichtung können Wandlamellen im Boden mit einer hohen Richtungsstabilität und Richtungsgenauigkeit gebildet werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die langen, stangenförmigen Bohr- und Mischgestänge über mindestens ein Versteifungsjoch miteinander verbunden sind, an welchem über eine Kupplungseinrichtung eine zusätzliche Verbindung und Abstützung über einen Zwischenführungsschlitten zum Mast erfolgt. Im Betrieb auftretende Quer- oder Ablenkkräfte können so aufgenommen und kompensiert werden.
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Bei dieser Vorrichtung wurde festgestellt, dass aufgrund der ganz erheblichen Quer- und Ablenkkräfte im Betrieb ein merklicher Verschleiß an den Lagerhülsen auftritt, welche in dem Versteifungsjoch zum drehenden Lagern und Führen der Bohr- und Mischwerkzeuge angeordnet sind. Insbesondere bei Verwendung von Gleitlagern mit Lagerhülsen aus relativ weichen schmierenden Metalllegierungen ist daher eine relativ häufige Wartung und gegebenenfalls ein Austausch der Führungshülsen notwendig.
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Derartige Wartungsarbeiten sind zeit- und kostenaufwändig. Zudem wird die effektive Maschinennutzungszeit durch Wartungsarbeiten reduziert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erstellen von Wandlamellen in einem Boden bereitzustellen, welche bei präziser Führung der Bohr- und Mischwerkzeuge eine besonders effiziente und wartungsarme Betriebsweise ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung mindestens eine zweite Kupplungseinheit umfasst, welche mit dem Versteifungsjoch an einer zweiten Seite gekoppelt ist, welche der ersten Seite in Bezug auf die Mittelebene gegenüberliegt.
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Ein Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, die Verbindung zwischen einer Kupplungseinrichtung und einem Versteifungsjoch für parallel geführte Bohr- und Mischwerkzeuge so auszugestalten, dass die Ablenk- und Scherkräfte an den Bohr- und Mischwerkzeugen möglichst gleichmäßig vom Versteifungsjoch auf die Kupplungseinrichtung übertragen werden. Die gleichmäßige Kräfteaufnahme der Kupplungseinrichtung wirkt einer Verkippung an der Führung der Bohr- und Mischwerkzeuge am Versteifungsjoch entgegen. Somit kann der Verschleiß des Kontakts zwischen den Bohr- und Mischwerkzeugen und einem Versteifungsjoch, insbesondere einer vorgesehenen Führungsbuchse verringert werden, wodurch eine Verlängerung der Wartungszyklen erreicht werden kann.
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Eine Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen, dass mindestens zwei Kupplungseinheiten zueinander spiegelsymmetrisch zu der Mittenebene angeordnet sind.
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Durch spiegelsymmetrische Anordnung von Kupplungseinheiten zu der Mittenebene können die auftretenden Ablenk- und Scherkräfte besonders gleichmäßig zu beiden Seiten des Versteifungsjochs über die Verbindung auf die Kupplungseinrichtung und damit auf den Zwischenführungsschlitten übertragen werden. Somit kann eine Verkippung oder Verkantung des Versteifungsjochs gegenüber den gelagerten Bohr- und Mischwerkzeugen weitgehend vermieden werden, was sich materialschonend auf den Kontakt, insbesondere ein Führungslager, zwischen dem Versteifungsjoch und der Werkzeugstange der Bohr- und Mischwerkzeuge auswirken kann. Erfindungsgemäß ist auch jede andere Anordnung von Kupplungseinheiten denkbar, die ein Verkippen oder Verkanten des Versteifungsjochs an den Werkzeugstangen verhindert.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kupplungseinheiten gleich ausgebildet sind. Dies ermöglicht eine effiziente Fertigung der Kupplungseinheiten.
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Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, dass jede Kupplungseinheit ein erstes Kupplungselement und ein zweites Kupplungselement aufweist, welche kraft und/oder formschlüssig miteinander koppelbar sind. Der mindestens zweiteilige Aufbau der Kupplungseinheiten ermöglicht das lösbare Verbinden des Versteifungsjochs mit der Kupplungseinrichtung und somit das bedarfsgerechte Haltern der Bohr- und Mischwerkzeuge an einem weiteren Punkt der Mastführung. Dabei können auch aktiv betätigbare Stellglieder, etwa Stellzylinder, zum energiebetätigten Schließen oder Öffnen der Verbindung eingesetzt werden.
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Eine besonders robuste Ausführung der Erfindung kann darin gesehen werden, dass das erste Kupplungselement ein nach oben oder unten gerichtetes Hakenelement und das zweite Kupplungselement einen Querriegel aufweist. Auf diese Weise kann ein Öffnen und Schließen der Verbindung in einfacher Weise durch das Verfahren des Zwischenführungsschlittens entlang des Mastes erreicht werden. Dabei kann beispielsweise ein nach unten geöffnetes Hakenelement an dem Zwischenführungsschlitten angeordnet sein, während der Querriegel als zweites Kupplungselement am Versteifungsjoch angeordnet ist. Erreicht der Zwischenführungsschlitten seine untere Endposition an einem vorgegebenen Anschlag, so kann der Querriegel am Versteifungsjoch mit den Bohr- und Mischwerkzeugen in einfacher Weise nach unten weiter verfahren und in den Boden miteingebracht werden. Dabei steht das zweite Kupplungselement radial nicht gegenüber den Bohr- und Mischwendeln an den Werkzeugstangen vor.
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Besonders bevorzugt ist es nach der Erfindung, dass die erste Seite des Versteifungsjochs dem Mast zugewandt ist, während die zweite Seite von dem Mast abgewandt ist. Demnach erstreckt sich das Versteifungsjoch entlang der Breite des Mastes, wodurch einzelne Kupplungseinheiten, welche an derselben Seite des Versteifungsjochs vorgesehen sind, den gleichen Abstand zum Mast aufweisen. Die Mittenebene der Bohranordnung verläuft hierbei etwa parallel zum Mast.
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Alternativ kann eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin gesehen werden, dass die Mittenebene durch den Mast verläuft. Somit sind die Bohr- und Mischwerkzeuge in einer Weise angeordnet, dass sie gemeinsamen mit dem Mast eine Ebene aufspannen. Sie können zumindest so angeordnet sein, dass die einzelnen Bohr- und Mischwerkzeuge einen sukzessiv zunehmenden Abstand zum Mast aufweisen.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung wird dadurch erreicht, dass die Kupplungseinrichtung einen klammerartigen Halterahmen aufweist, welcher die Bohr- und Mischwerkzeuge zumindest teilweise umfasst, wobei die Kupplungseinheiten an dem Halterahmen gehaltert sind. Dabei kann der klammerartige Halterahmen insbesondere horizontal ausgerichtet sein, wobei die vertikal angeordneten Bohr- und Mischwerkzeuge von dem klammerartigen Halterahmen zumindest teilweise umschlossen werden. Somit können die Kupplungseinheiten zwischen Versteifungsjoch und einer Innenseite der klammerartigen Halterahmen, den Bohr- und Mischwerkzeugen zugewandt gehaltert sein und eine Verbindung zwischen Versteifungsjoch und Halterahmen ermöglichen.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung des Halterahmens wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Halterahmen ringförmig geschlossen ist und den gesamten Umfang der Bohr- und Mischwerkzeuge umfasst. Demnach werden die an den Bohr- und Mischwerkzeugen auftretenden Ablenk- und Scherkräfte über das Versteifungsjoch auf den ringförmig ausgestalteten Halterahmen übertragen. Durch den ringförmig geschlossenen Aufbau des Halterahmens kann einer Deformierung des Halterahmens vorgebeugt werden, und die auftretenden Ablenk- und Scherkräfte können besonders effektiv auf den Zwischenführungsschlitten übertragen werden.
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Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung wird dadurch erreicht, dass der Halterahmen aus Segmenten aufgebaut ist, welche lösbar miteinander verbunden sind. Die Ausgestaltung des Halterahmens aus einzelnen Segmenten erlaubt den flexiblen Einsatz des Halterahmens. Somit ist auch während einer bereits begonnenen Bohrung, ohne die Bohr- und Mischwerkzeuge aus dem Boden entfernen zu müssen, das Anbringen und Entfernen des Halterahmens sowohl am Versteifungsjoch als auch am Mast der Vorrichtung ermöglicht. Durch ein Öffnen des Halterahmens kann ein Bohrwerkzeug einfach ausgetauscht oder gewartet werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann darin bestehen, dass das Versteifungsjoch mindestens eine Lagerhülse aufweist, in welcher ein stangenförmiges Bohr- oder Mischwerkzeug drehend gelagert ist. Eine solche Lagerhülse kann als Wälzlager oder Gleitlager ausgebildet sein, wobei die Lagerhülse an ihrer Innenseite einen Führungskontakt mit dem Außenumfang der Werkzeugstange der Bohr- und Mischwerkzeuge aufweist. Bei einem Gleitlager kann die Lagerhülse oder Lagerbuchse aus einer schmierenden Metalllegierung gebildet sein, etwa Bronze.
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Die Lagerhülsen werden durch das Vorsehen von Kupplungseinheiten an mindestens zwei Seiten des Versteifungsjochs und der Innenseite des Halterahmens in ihrer relativen Ausrichtung zu den gelagerten Bohr- und Mischwerkzeugen gehaltert. Demnach wird einem Verkanten oder Verkippen der Lagerhülsen gegenüber den Werkzeugstangen der Bohr- und Mischwerkezeuge sowie einer einseitigen, abnutzungsverstärkenden Belastung der Lagerhülsen vorgebeugt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert, welches schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine vergrößerte Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Zwischenführungsschlittens;
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2 eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Zwischenführungsschlittens von 1; und
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3 eine perspektivische Ansicht eines Zwischenführungsschlittens einer abgewandelten Ausführungsform.
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Der grundsätzliche Aufbau einer Vorrichtung zum Herstellen von Wandlamellen im Boden gemäß der Erfindung entspricht dem Aufbau, wie er in der gattungsbildenden
EP 2 395 153 B1 beschrieben ist, welche ebenfalls von der Anmelderin stammt. Hiermit werden mehrere sich überlappende Bohrungen erstellt. Durch die Bohrung wird das Erdreich aufgebrochen, welches zumindest teilweise im Bohrloch belassen, und anschließend mit einer Bindemittelsuspension zu einem Bodenmörtel in dem erstellten Bohrloch vermengt wird.
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Der erhärtete Bodenmörtel in den parallel angeordneten Bohrlöchern bildet durch die überlappende Anordnung der Bohrlöcher ein Wandlamellensegment im Erdreich, wobei mehrere Wandlamellen eine Dicht- oder Stützwand bilden können.
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Hierzu weist die erfindungsgemäße Vorrichtung in bekannter Weise einen Mast an einem Trägergerät auf, wobei der Mast in etwa vertikaler Position angeordnet ist. Entlang einer Mastführung an der Vorderseite des Mastes wird ein Antriebsschlitten linear verfahrbar geführt. Über eine obere Drehführung sind an einem solchen Antriebsschlitten beispielsweise drei parallel angeordnete Bohr- und Mischwerkzeuge 51 vorgesehen. Es kann jedoch eine andere beliebige Anzahl von Bohr- und Mischwerkzeugen vorgesehen werden.
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Eine solche Anordnung mit drei parallel ausgerichteten Bohr- und Mischwerkzeugen 51 ist in den 1 und 2 dargestellt. Hierbei sind die Bohr- und Mischwerkzeuge 51 so angeordnet, dass bei einer Bohrung überlappende Bohrlöcher entstehen. Des Weiteren ist an dem Mast verfahrbar an der Mastführung ein Zwischenführungsschlitten 43 vorgesehen, an welchem die Kupplungseinrichtung 10 gehaltert ist.
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Mit Bezug auf eine obere Drehführung bildet die am Zwischenführungsschlitten 43 gehalterte Kupplungseinrichtung 10 auf einer zweiten, tiefer liegenden Position eine weitere Lagerung der Bohr- und Mischwerkzeuge 51 am Mast. Somit ist eine erhöhte Stabilität der Bohrrichtung bei auftretenden Ablenk- und Scherkräften während des Bohrens gewährleitstet.
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Wie in 1 dargestellt, umfasst die Kupplungseinrichtung 10 einen Halterahmen 23, welcher ringförmig geschlossen ist und den gesamten Umfang der Bohr- und Mischwerkzeuge 51 umfasst. Hierbei ist der Halterahmen 23 aus einem ersten Halterahmensegment 27 und einem zweiten Halterahmensegment 28 aufgebaut, welche lösbar durch Verbindungselemente 26 miteinander verbunden sind. Der mehrteilige Aufbau des ovalen Halterahmens 23 ermöglicht das Anbringen und Entfernen der Kupplungseinrichtung 10 auch dann, wenn die Bohr- und Mischwerkzeuge 51 bereits in Betrieb genommen und zumindest teilweise in den Boden abgeteuft sind. Der Halterahmen 23 kann auch eckig ausgebildet sein, wie aus dem abgewandelten Zwischenführungsschlitten 43 gemäß 3 hervorgeht.
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Ansonsten entspricht der Zwischenführungsschlitten nach 3 dem Zwischenführungsschlitten 43 nach 1 und 2 und beide werden nachfolgend gemeinsam beschrieben.
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Aufgrund des Aufbaus der Kupplungseinrichtung 10 aus Segmenten ist es möglich, die Kupplungseinrichtung 10 flexibel an der Vorrichtung anzubringen, ohne die Bohr- und Mischwerkzeuge 51 während des Betriebes aus dem Bohrloch herauszuziehen. Als Verbindungselemente 26 sind Riegelbolzen 42 vorgesehen. Es kommen aber auch Schrauben, Stifte oder anders geartete, dem Fachmann geläufige Mittel zum Verbinden von Rahmensegmenten in Betracht.
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Die Kupplungseinrichtung 10 ist am Halterahmen 23 über das erste Halterahmensegment 27 mit dem Zwischenführungsschlitten 43 lösbar verbunden. Zum Verbinden der Kupplungseinrichtung 10 mit dem Zwischenführungsschlitten 43 sind Riegelbolzen 42 vorgesehen, welche durch Verbolzungsöffnungen 29 sowohl in der Kupplungseinrichtung 10 wie auch am Zwischenführungsschlitten 43 geführt werden. Dies geht besonders deutlich aus der schematischen Seitenansicht in 2 sowie aus der perspektivischen Ansicht in 3 hervor.
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Das Ausführungsbeispiel in 1 zeigt drei Bohr- und Mischwerkzeuge 51, welche über ein Versteifungsjoch 30 miteinander verbunden sind. Das Versteifungsjoch 30 soll auftretende Ablenk- und Scherkräfte zwischen den einzelnen Bohr- und Mischwendeln oder der Anordnung insgesamt aufnehmen und kompensieren. Das Versteifungsjoch 30 ist gegenüber der Position der oberen Drehführung in einer zweiten, unteren Position an dem Zwischenführungsschlitten 43 des Mastes angebracht und bietet so eine zusätzliche Stabilisierung.
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Die einzelnen Werkzeugstangen 50 der Bohr- und Mischwerkzeuge 51 sind an dem Versteifungsjoch 30 in Lagerhülsen 31 so gelagert, dass eine freie Drehbarkeit der Bohr- und Mischwerkzeuge 51 gewährleistet ist. Hierbei weist die Innenseite der Lagerhülse 31 einen Führungskontakt mit dem Außenumfang der Werkzeugstange 50 der Bohr- und Mischwerkzeuge 51 auf.
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Das Ausführungsbeispiel in 1 zeigt, dass Versteifungsjoch 30 und Halterahmen 23 über eine Verbindung 11 miteinander lösbar verbunden sind. Die Verbindung 11 umfasst Kupplungseinheiten 20. Ein erstes Kupplungselement 21 und ein zweites Kupplungselement 22 bilden jeweils eine Kupplungseinheit 20, wobei am Halterahmen 23 das erste Kupplungselement 21 und am Versteifungsjoch 30 das zweite Kupplungselement 22 angeordnet ist. Die Kupplungselemente 21, 22 sind kraft- und formschlüssig miteinander verbindbar.
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Die einzelnen Kupplungseinheiten 20 sind gegenüber dem Versteifungsjoch 30 so angeordnet, dass zwei Kupplungseinheiten 20 entlang der Längsseite des Versteifungsjochs 30 sich horizontal gegenüberliegen. So ist eine gute Übertragung der Führungskräfte des Zwischenführungsschlittens 43 über den Halterahmen 23 der Kupplungseinrichtung 10 und das Versteifungsjoch 30 auf die einzelnen Bohr- und Mischwerkzeuge 51 gewährleistet.
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Des Weiteren werden durch die symmetrische Anordnung der Kupplungseinheiten 20 entlang des Versteifungsjochs 30 die Ablenk- und Scherkräfte der Bohr- und Mischwerkzeuge 51 so auf den Zwischenführungsschlitten 43 übertragen, dass das Versteifungsjoch 30 möglichst in seiner relativen Orientierung zu den Werkzeugstangen 50 gehalten wird. Des Weiteren wird dadurch entgegengewirkt, dass die Lagerhülsen 31 verkanten oder verkippen und so durch einseitige Belastung erhöhtem Verschleiß unterliegen.
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Beim Erstellen von Bohrungen für Wandlamellen im Boden werden zunächst die Bohr- und Mischwerkzeuge 51 bis zu einer ersten Bohrtiefe über den Antriebsschlitten und den Zwischenführungsschlitten 43 in den Boden abgeteuft. Hierbei steht das Versteifungsjoch 30 über die Verbindung 11 mit dem Halterahmen 23 und dem Zwischenführungsschlitten 43 in Kontakt. Bei der ersten Bohrtiefe erreicht der Zwischenführungsschlitten 43 seine untere Endposition am Mast.
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Um nunmehr ein weiteres Abteufen zu ermöglichen, sind die ersten Kupplungselemente 21 mit den zweiten Kupplungselementen 22 der Kupplungseinheit 20 lösbar verbunden. Das erste Kupplungselement 21 umfasst ein nach unten geöffnetes Hakenelement 24, wie besonders deutlich aus 3 hervorgeht. Das zweite Kupplungselement 22 umfasst einen Querriegel 25. 2 zeigt in einer schematischen Seitenansicht, wie ein Hakenelement 24 mit einem Querriegel 25 in form- und kraftschlüssigem Kontakt steht.
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Das Hakenelement 24 löst sich nunmehr beim weiteren Abteufen durch seine nach unten gerichtete Öffnung vom Querriegel 25 und gibt so die Bohr- und Mischwerkzeuge 51 aus der Kupplungseinrichtung 10 frei. Der Zwischenführungsschlitten 43 verbleibt in seiner Endposition, während die Bohr- und Mischwerkzeuge 51 durch den Antriebsschlitten weiter abgeteuft werden. Die Bohr- und Mischwerkzeuge 51 können so nunmehr durch den Antriebsschlitten bis zu ihrer Endtiefe abgeteuft werden, bei welcher der Antriebsschlitten ebenfalls seine Endposition am unteren Ende des Mastes erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2395153 B1 [0002, 0026]
