DE2449024A1

DE2449024A1 - ROTATING ROCK BORING TOOL ASSEMBLED INTO ONE UNIT

Info

Publication number: DE2449024A1
Application number: DE19742449024
Authority: DE
Inventors: Carl Laurent Lichte
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1973-10-24
Filing date: 1974-10-11
Publication date: 1975-05-07
Also published as: GB1469260A; NO143764B; SE410885B; AU7395774A; SE7413331L; NL7413279A; CA1048488A; DE2449024C2; AR209075A1; JPS5938395B2; NO143764C; FR2249236B1; IT1023084B; NO743809L; FR2249236A1; JPS5073801A

Description

Meissner & Meissner 2 4 A 9 O 2 4Meissner & Meissner 2 4 A 9 O 2 4

PATE NTANWALTS BÜROPATE NTANWALTS OFFICE

BERLIN — MÜNCHENBERLIN - MUNICH

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS

DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DlPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN)DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN)

1 BERLIN 33, HERBERTSTR. 221 BERLIN 33, HERBERTSTR. 22nd

II. OKT. 1974II. OCT. 1974

Ihr Schreiben vom Unser Zeichen Berlin, den ;"Your letter from our sign Berlin, the; "

LW/st-Mü-27
SC-72-17
Fall No. 262LW / st-Mü-27
SC-72-17
Case No. 262

Dresser Industries, Inc.
Republic National Bank Bldg.
Dallas, Texas 75 221/USADresser Industries, Inc.
Republic National Bank Bldg.
Dallas, Texas 75 221 / USA

Zu einer Einheit zusammengefügtes drehbares Gesteinsbohrwerkzeug Rotatable rock drilling tool assembled into one unit

Die Erfindung betrifft die Erdbohrtechnik, insbesondere ein aus mehreren einzelnen Abschnitten zusammengesetztes drehbares Gesteinsbohrwerkzeug, wobei die einzelnen Abschnitte mit Hilfe eines Energiestrahles zusammengefügt sind. Ein drehbares Gesteinsbohrwerkzeug weist im allgemeinen einen Hauptbohrkörper auf, der mit einem drehbaren Bohrstrang verbunden werden kann. Mit dem Hauptbohrkörper verbundene Schneideinrichtungen berühren die Erdformation während des Bohrvorgangs, um das gewünschte Bohrloch zu erzielen. Die Erfindung schafft ein drehbares Gesteinsbohrwerkzeug, welches aus einzelnen Abschnitten zusammengesetzt ist. Die Abschnitte werden mit Hilfe einesThe invention relates to earth drilling technology, in particular one composed of several individual sections Rotatable rock drilling tool, the individual sections being joined together with the aid of an energy beam are. A rotatable rock drilling tool generally has a main drill body that is connected to a rotatable Drill string can be connected. Cutters connected to the main drill body contact the earth formation during the drilling process to achieve the desired borehole. The invention provides a rotatable Rock drilling tool, which is composed of individual sections. The sections are made with the help of a

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-λ.-λ.

Energiestrahles miteinander verbunden.Energy beam connected to each other.

Das drehbare Gesteinsbohrwerkzeug muß unter extrem rauhen Umweltbedingungen arbeiten und muß zur Erzeugung des gewünschten Bohrloches sehr harte Erdformationen wirksam zerstückeln bzw. zerkleinern. Die Kalibergröße der Werkzeuge muß genau sein. Die Variation der KaÜbergröße der Werkzeuge ist bisher ein Problem gewesen. In manchen Verfahren muß das Werkzeug durch ein Mantelrohr mit einem minimalen Spielraum hindurchgeführt werden. In anderen Verfahren ist es erforderlich, daß das Werkzeug durch bereits gebohrte und noch offene Bohrlöcher hindurchgeführt wird, die innerhalb weniger "tausendstel Inch vom Kalibermaß des Werkzeuges liegen. Wenn die Kalibergrößei der Werkzeuge während des Herstellungsverfahrens variieren, bringen die Werkzeuge während des Bohrvorgangs Probleme mit sich.The rotary rock drilling tool must work under extremely harsh environmental conditions and must be used to generate the the desired borehole to effectively fragment or crush very hard earth formations. The caliber size of the tools must be precise. The variation in the oversize of the tools has heretofore been a problem. In some In the process, the tool must be passed through a casing tube with a minimal amount of clearance. In other Procedure, it is necessary that the tool passed through holes that have already been drilled and are still open which are within a few "thousandths of an inch of the gauge size of the tool. If the gauge size of the tools vary during the manufacturing process, the tools create problems during the drilling process.

Die bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von drehbaren Gesteinsbohrwerkzeugen machen den Gebrauch von Paßscheiben erforderlich, um die Werkzeuge auf die geeignete Kalibergröße zu bringen. Die Erfindung gestattet es, daß die Werkzeuge ohne die Verwendung von Paßscheiben mit genauer und gleichmäßiger Kalibergröße hergestellt werden können. Während der Herstellung der bisher bekannten drehbaren Gesteinsbohrwerkzeuge entsteht sehr viel Wärme, wenn die einzelnen Werkzeugabschnitte miteinander verschweißt werden. Es ist erforderlich, daß diese Werkzeuge gekühlt werden, um ein Tempern der Stahlkomponenten und einen Schaden infolge Hitzeeinwirkung auf die Gummikomponenten zu verhindern. Die übermäßige Hitze verursacht ein Risiko einer Härtegradveränderung des Metalles des Gesteinsbohrers, wodurch die Gefahr eines vorzeitigen Materialfehlers während des Bohrvorgangs entsteht. Da das Gesteinsbohrwerkzeug oft Gummi- oder Synthetikteile aufweist, kann jede übermäßige Erwärmung in der Nähe dieser Teile eine Schwächung oder Zerstörung der Teile verursachen. EsThe previously known methods of manufacturing rotary rock drilling tools make use of shims required to bring the tools to the appropriate caliber size. The invention allows the Tools without the use of shims with more precise and uniform caliber size can be produced. During the manufacture of the previously known rotatable Rock drilling tools generate a lot of heat when the individual tool sections are welded together will. These tools are required to be cooled in order to anneal the steel components and a Prevent damage to the rubber components as a result of the effects of heat. The excessive heat creates a risk a change in the hardness of the metal of the rock drill, which creates the risk of premature material failure arises during the drilling process. Since the rock drilling tool often has rubber or synthetic parts, can any excessive heating in the vicinity of these parts will weaken or destroy the parts. It

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erweist sich als notwendig, zwischen den Abschnitten der bisher bekannten Werkzeuge Dübel zu verwenden, um eine geeignete Ausrichtung zu gewährleisten*.It turns out to be necessary to use dowels between the sections of the previously known tools in order to create a to ensure appropriate alignment *.

Das bisher bekannte Verfahren zur Herstellung von drehbaren Gesteinsbohrwerkzeugen besteht im wesentlichen aus der Ausbildung einer Schweißnut zwischen benachbarten Abschnitten des Werkzeugs und aus dem Füllen der Schweißnut mit einer Schweißnaht durch ein Schweißverfahren. Die Flächen der miteinander zu verbindenden Abschnitte liegen aneinander, sie sind jedoch nicht miteinander verbunden. Die Verbindung der Abschnitte geschieht durch die Schweißnaht. Die Schweißnaht gemäß dem Stand der Technik ist querschnittlich ein unregelmäßiges Polygon. Während des SchweißVorgangs der bBher bekannten Werkzeuge wird eine unangemessen hohe Schweißnahtmenge erzeugt, die.oft ein Verziehen des Werkzeugkörpers zur Folge hat. Diese unangemessen hohe Schweißnahtmenge bringt auch die Gefahr mit sich, daß das Schmier- und das Lagersystem während des Herstellungsverfahrens durch die Rückstände vom Schweißverfahren verunreinigt werden. Die Schweißnaht wird nicht so hart wie die Werkzeugkörperabschnitte, wodurch sich Materialermüdungsprobleme ergeben.The previously known method for producing rotatable rock drilling tools consists essentially of the Forming a weld groove between adjacent sections of the tool and from filling the weld groove with one Weld seam by a welding process. The surfaces of the sections to be connected are against one another, however, they are not connected to each other. The sections are connected by the weld seam. The weld according to the prior art is an irregular polygon in cross-section. During the welding process of the With previously known tools, an inappropriately large amount of weld seam is produced, which often warps the tool body has the consequence. This inappropriately high amount of weld also brings with it the risk that the Lubrication and bearing system contaminated by residues from the welding process during the manufacturing process will. The weld will not be as hard as the tool body sections, creating fatigue problems result.

Wenn die einzelnen Abschnitte des Werkzeugkörpers miteinander zu verbinden sind, müssen sie während des Schweißvorgangs genau zueinander angeordnet sein. Wenn die einzelnen Segmente nicht in geeigneter Weise angeordnet sind, wird die Kalibergröße des Werkzeugs nicht genau. Wenn zur Verbindung der einzelnen Segmente des Werkzeugs ein Energiestrahl verwendet wird, müssen die einzelnen Segmente während des Schweißvorgangs genau auf den Strahl ausgerichtet sein. Die Verbindung der einzelnen Abschnitte des Werkzeugfcörpers gemäß der Erfindung gewährleistet, daß die Kalibergröße des Werkzeugs genau ist.If the individual sections of the tool body are to be connected to one another, they must be carried out during the welding process be arranged exactly to each other. If the individual segments are not properly arranged, will the caliber size of the tool is not accurate. When an energy beam is used to connect the individual segments of the tool is used, the individual segments must be precisely aligned with the beam during the welding process be. The connection of the individual sections of the tool body according to the invention ensures that the The caliber size of the tool is accurate.

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Die bei den bisher angewandten Herstellungsverfahren auftretenden Probleme werden an Hand des drehbaren Konusgesteinsbohrers dargestellt. Ein drehbarer Konusgesteinsbohrer weist wenigstens eine an einem Tragbolzen am Hauptbohrkörper angeordnete Schneideinrichtung auf. Zwischen der Schneideinrichtung und dem Tragbolzen sind Lagerungen vorgesehen, um die Schneideinrichtung in Drehung zu versetzen. Außerdem sind Einrichtungen an der Außenfläche der Schneideinrichtung zur Zerkleinerung der Erdformationen vorgesehen, wenn das Werkzeug und die Schneideinrichtung drehen und sich durch die Erdformation vorwärts bewegen. Während der gesamten Lebensdauer des Bohrwerkzeugs müssen die Lagerungen mit einer ausreichenden Schmierstoffmenge versorgt werden. Der Schmierjätoff wird im Lagerbereich mit Hilfe einer flexiblen Gummidichtung zwischen der Schneideinrichtung und dem Tragbolzen gehalten. Jede unangemessen hohe Erwärmung des Bohrwerkzeugs schadet der Gummidichtung und/oder dem Schmiermittel. Wenn der Bohrkörper nicht mit genauer Kalibergröße versehen ist, rufen die Werkzeuge Schwierigkeiten hervor, wenn sie durch das nur einen geringen Spielraum aufweisende Mantelrohr oder durch ein Bohrloch mit geringem Spielraum hindurchbewegt werden. Unangemessen hohe Schweißnahtdicken können ein Verwerfen des Bohrwerkzeugs und eine ungenaue Kalibergröße zur Folge haben.The problems that have arisen with the manufacturing processes used up to now are illustrated by means of the rotatable cone rock drill shown. A rotatable cone rock drill has at least one on a support bolt on the main drill body arranged cutting device. There are bearings between the cutting device and the support bolt provided to set the cutter in rotation. There are also facilities on the outside surface the cutting device is provided for crushing the earth formations when the tool and the cutting device rotate and move forward through the earth formation. Must throughout the life of the drilling tool the bearings are supplied with a sufficient quantity of lubricant. The lubricant is in the storage area held between the cutter and the support bolt with the aid of a flexible rubber seal. Every inappropriately high heating of the drilling tool damages the rubber seal and / or the lubricant. If the If the drill body is not provided with the exact caliber size, the tools cause difficulties when they through the casing tube, which has only a small amount of clearance, or is moved through a borehole with little clearance will. Inappropriately thick weld seams can result in warping of the drilling tool and inaccurate pass size have as a consequence.

In der US-PS 2 807 444 ist eine drehbare Erdbohrvorrichtung dargestellt, bei der der Bohrkopf aus einer Vielzahl von bogenförmigen Segmenten gebildet wird, von denen jedes asymmetrisch ausgebildet ist und ein Körperteil aufweist, das mit einem sich nach unten erstreckenden Bein und mit einer daran anschließenden nach unten verlaufenden Hohlnabe versehen ist, wobei zwischen dem Innenraum des Bohrkopfes und den Bohrungen der Nabe eine Verbindung besteht.In US-PS 2,807,444 a rotatable auger device is shown in which the drill head is made of a plurality of arcuate segments are formed, each of which is asymmetrical and has a body part, that with a downwardly extending leg and an adjoining downwardly extending hollow hub is provided, wherein there is a connection between the interior of the drill head and the bores of the hub.

In der US-PS 2 831 661 weist ein Drillbohrer drei segmentförmige Elemente auf, die zur Bildung eines Bohrers zusammen-In US Pat. No. 2,831,661, a drill bit has three segment-shaped elements which together to form a drill

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fügbar sind. Nach alledem sind die segmentartigen Elemente dazu hergestellt, um bei Zusammenfügung der Elemente deren Fläche genau aufeinander anzupassen. Die sich an den Stoßstellen der Segmente ergebenden Abweichungen bzw. Spielräume sind mit einer Schrägkante zur Schaffung einer Schweißnut versehen. Die drei segmentförmigen Elemente werden in einer Spannvorrichtung angeordnet und die Schweißung wird entlang der Nut ausgeführt.are joinable. After all, these are the segmental elements made to match the surface exactly when the elements are assembled. Which adhere to the Joints of the segments resulting deviations or margins are with a bevel to create a Weld groove provided. The three segment-shaped elements are placed in a jig and the weld is carried out along the groove.

In der US-PS 2 778 926 ist ein Verfahren zum Schweißen und Löten durch Beschießen mit Elektronen der aneinanderliegenden Flächen zweier miteinander zu verbindender Teile dargestellt. Das offenbarte·Verfahren zeigt ein System zur Lötung und Schweißung oder Sinterung geeigneter Materialien durch Erhitzen der miteinander zu verbindenden feile mit Hilfe eines Elektronenstrahls.In US Pat. No. 2,778,926 there is a method of welding and brazing by bombarding the adjacent ones with electrons Areas of two parts to be connected to one another are shown. The disclosed method shows a system for soldering and Welding or sintering of suitable materials by heating the file to be connected with the aid of an electron beam.

Die Erfindung schafft einen zu einer Einheit verbundenen drehbaren Gesteinsbohrer. Die Metallhärte des Gesteinsbohrers wird nicht durch übermäßig erhöhte Erwärmung geändert und die weniger wärmebeständigen Elemente des Gesteinsbohrers werden vor Beschädigung infolge übermäßig hoher Erhitzung bewahrt. Mehrere einzelne Abschnitte des Gesteinsbohrers werden zusammen angeordnet und in geeigneter Stellung zur Bildung eines fertig zusammengefügten Bohrers ausgerichtet. Die aneinandergrenzenden Abschnitte weisen aneinanderstoßende Oberflächenbereiche auf. Bei der Ausrichtung der einzelnen Segmente des Gesteinsbohrers sind zwischen den einzelnen Segmenten Fugen vorgesehen. Die Fugen weisen die Form von quadratischen Stoßverbindungen auf. In diese Fugen wird zur Verbindung der einzelnen Segmente miteinander ein Energiestrahl geleitet. Der Strahl und die einzelnen Segmente des Gesteinsbohrers werden relativ zueinander bewegt, um zu bewirken, daß sich der Strahl entlang dieser Fugen in der Fugenebene bewegt, um die einzelnen Abschnitte miteinander zu verbinden, und zwar im wesentlichen über den ganzen Bereich ihrer aneinanderstos-The invention provides a unitary rotatable rock drill. The metal hardness of the rock drill is not changed by excessive heating and the less heat-resistant elements of the rock drill become excessive from damage as a result high temperature preserved. Several individual sections of the rock drill are placed together and appropriately Position aligned to form a fully assembled drill. The adjoining sections have abutting surface areas. When aligning the individual segments of the rock drill joints are provided between the individual segments. The joints are in the form of square butt joints on. An energy beam is directed into these joints to connect the individual segments with one another. The beam and the individual segments of the rock drill are moved relative to one another to cause the Beam moved in order to move along these joints in the joint plane to connect the individual sections with one another, essentially over the entire area of their contiguous

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senden Fläche.send area.

Es ist daher Ziel und Zweck der Erfindung, einen Gesteinsbohrer so auszubilden, daß er nicht beschädigt oder unter Einwirkung einer unangemessen hohen Erwärmung während des Herstellungsverfahrens geändert wird. Der zu schaffende Gesteinsbohrer soll exakte Kaliberdurchmesser und zwischen den Segmenten einen im wesentlichen geschmolzenen Bereich und größere Bruchfestigkeit und Steifigkeit aufweisen. Es soll ferner ein Verfahren zur Herstellung von Gesteinsbohrern geschaffen werden, das im wesentlichen eine 100 %ige Verbindung der einzelnen Segmente ohne abrupte Härtegradienten über die der Erwärmung ausgesetzten Zonen vorsieht und nach dem Herstellungsprozeß einen sauberen Zusammenbau ergibt. Es soll eine größere Betriebssicherheit und eine zuverlässige Wiederholbarkeit der Herstellung der drehbaren Gesteinsbohrer erzielt werden. Schließlich soll eine genaue Kontrolle der Schweißparameter während des Schweißens des drehbaren Gesteinsbohrers ermöglicht werden.It is therefore the object and purpose of the invention to design a rock drill so that it is not damaged or altered under the influence of inappropriately high heating during the manufacturing process. The rock drill to be created should have exact caliber diameters and an essentially melted area between the segments and greater breaking strength and rigidity. A further aim is to create a method for producing rock drill bits which essentially provides a 100 % connection of the individual segments without abrupt hardness gradients over the zones exposed to the heating and which results in a clean assembly after the production process. The aim is to achieve greater operational reliability and reliable repeatability of the manufacture of the rotatable rock drill. Finally, a precise control of the welding parameters should be made possible during the welding of the rotatable rock drill.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie aus beigefügter Zeichnung. Hierbei zeigen:Further features, details and advantages emerge from the following description of a preferred embodiment of the invention and from the attached drawing. Here show:

Fig. 1 ein einzelnes Segment eines drehbaren Gesteinsbohrers; Fig. 2 drei zum Schweißen aneinander angeordnete einzelne1 shows a single segment of a rotatable rock drill; 2 shows three individual ones arranged for welding

Segmente eines drehbaren Gesteinsbohrers; Fig. 3 einen Flächenbereich eines Segmentes, der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem Flächenbereich des benachbarten Segmentes verbunden wird; Fig. 4 den Schweißbereich an drehbaren GesteinsbohrernSegments of a rotary rock drill; Fig. 3 shows a surface area of a segment, which with the help of the method according to the invention is connected to the surface area of the adjacent segment; 4 shows the welding area on rotatable rock drills

aus dem Stand der Technik;
Fig.* 5 einen Horizontalschnitt durch eine Schweißungfrom the state of the art;
Fig. * 5 shows a horizontal section through a weld

an einem Gesteinsbohrer aus dem Stand der Technik; Fig. 6 einen Horizontalschnitt durch eine Schweißung gemäß der Erfindung.on a prior art rock drill; 6 shows a horizontal section through a weld according to the invention.

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Gemäß Fig. 1 ist ein einzelnes Segment eines Bohrers, der ein Drittel eines drehbaren Gesteinsbohreis bildet, in einer Explosionsansicht dargestellt. Das einzelne SegmentReferring to Figure 1, a single segment of a drill bit forming one third of a rotatable rock drill ice is shown in FIG shown in an exploded view. The single segment

10 bildet einen Arm eines aus drei Kegeln bestehenden drehbaren Gesteinsbohrers. Eine in der Mitte angeordnete Passage 11 ist in dem Gesteinsbohrer angeordnet, um zu ermöglichen, daß Bohrschlamm durch den Gesteinsbohrer zum Boden der Schachtbohrung (well bore) geleitet werden kann, um Bohrabfälle zu entfernen und den Bohrer zu kühlen. Die Bohrflüssigkeit wird durch den zentralen Durchgang10 forms one arm of a three-cone rotatable rock drill. One arranged in the middle Passage 11 is arranged in the rock drill to allow drilling mud to be directed through the rock drill to the bottom of the well bore can to remove drilling debris and to cool the drill. The drilling fluid is through the central passage

11 geleitet und tritt aus dem Bohrer durch Düsen 12 aus, wovon eine Düse 12 in Fig. 1 dargestellt ist. Der Bohrer kann mit Hilfe einer Schraubverbindung an einem drehbaren Bohrstrang angebracht werden. Hierzu ist die Außenfläche 13 mit einem Gewinde versehen.11 and exits the drill through nozzles 12, one of which is shown in FIG. 1. The drill can be attached to a rotatable drill string using a screw connection. This is the outer surface 13 provided with a thread.

Das Segment 10 des Bohrers weist einen Arm 14 auf, der in einem Tragbolzen 15 endigt. Eine drehbare kegelige Schneideinrichtung 16 ist am Tragbolzen 15 angeordnet und kann um diesen herum drehen. Zwischen dem Tragbolzen 15 und der Schneideinrichtung 16 sind (hier nicht eigens dargestellte) Lagerungen vorgesehen, die eine Drehung der Scheideinrichtung 16 ermöglichen. Die Lagerungen weisen eine Reihe von Kugeln auf, die im Kugellagerring 17 am Tragbolzen 1*5 angeordnet sind. Nach Anordnung der kegeligen Schneideinrichtung 16 am Tragbolzen 15 werden die Kugeln in ihre Gebrauchslage zwischen einem (hier nicht dargestellten) Kugellagerring an der Innenseite der Schneideinrichtung 16 und dem Kugellagerring 17 am Tragbolzen 15 durch ein Loch 18 im Arm 14 eingebracht. Sind die Kugeln einmal an Ort und Stelle und ist die kegelige Schneideinrichtung am Tragbolzen 15 befestigt, wird das Loch 18 verschlossen, um zu gewährleisten, daß die Kugeln während des Betriebs des Bohrers nicht verloren gehen.The segment 10 of the drill has an arm 14 which ends in a support bolt 15. A rotatable conical Cutting device 16 is arranged on support bolt 15 and can rotate around it. Between the support bolt 15 and the cutting device 16 are (not specifically shown here) bearings are provided that a rotation of the Allow cutting device 16. The bearings have a number of balls that are in the ball bearing ring 17 are arranged on the support bolt 1 * 5. After the conical cutting device 16 has been arranged on the support bolt 15 the balls in their position of use between a (not shown here) ball bearing ring on the inside the cutting device 16 and the ball bearing ring 17 are introduced on the support bolt 15 through a hole 18 in the arm 14. Once the balls are in place and the tapered cutting device is attached to the support bolt 15, the Hole 18 closed to ensure that the balls are not lost during operation of the drill.

Mehrere Einsätze 19 sind an der Außenfläche der Schneideinrichtung 16 angeordnet, um die Erdformationen zuSeveral inserts 19 are on the outer surface of the cutter 16 arranged to the earth formations

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zerkleinern, wenn der Bohrer in Drehung versetzt und durch die Erdformationen vorwärts bewegt wird. Um eine lange Lebensdauer der Lagerungen zu erreichen, wird ein Schmiermittel innerhalb des Bereiches zwischen dem Konus 16 und dem Tragbolzen 15 aufrecht erhalten. Zwischen dem Arm 14 und dem Konus 16 ist eire Gummidichtung 20 angeordnet, um zu gewährleisten, daß das Schmiermittel innerhalb des Lagerbereiches bleibt.crush when the auger is rotated and moved forward through the earth formations. To a long To achieve bearing life, a lubricant is used within the area between the cone 16 and the support bolt 15 maintained. Between the arm 14 and the cone 16 a rubber seal 20 is arranged to to ensure that the lubricant remains within the bearing area.

Gemäß Fig. 2 ist das Segment 10 zusammen mit zwei anderen einzelnen Segmenten 21 und 22 dargestellt. Die Segmente 10, 21 und 22 sind in geeigneter Stellung zur Bildung des fertigen Bohrers ausgerichtet. Die Segmente werden in einer Haltevorrichtung 23 angeordnet, die zwischen den einzelnen Segmenten des Gesteinsbohrers in geeigneter Weise für den Schweiß- bzw. Lötvorgang angeordnete Spalte 24 freiläßt. Ein Elektronenstrahl 29 mit hoher Geschwindigkeit wird in die Spalte 24 zwischen die einzelnen Segmente des Gesteinsbohrers gerichtet, um die Segmente miteinander zu verschmelzen und einen vollkommen einstückigen Gesteinsbohrer zu erzeugen.According to FIG. 2, segment 10 is shown together with two other individual segments 21 and 22. The segments 10, 21 and 22 are aligned in the appropriate position to form the finished drill. The segments are in a Holding device 23 arranged between the individual segments of the rock drill in a suitable manner for the Welding or soldering process arranged column 24 leaves free. A high speed electron beam 29 is in the gap 24 is directed between the individual segments of the rock drill to fuse the segments together and create a completely one-piece rock drill bit.

Der Elektronenstrahl wird mit Hilfe einer Elektronenstrahlkanone 30 erzeugt und es wird bewirkt, daß der Strahl 29 in die Ebene der Spalte 24 durch eine Relativbewegung zwischen den Segmenten 10, 21 und 22 einerseits und der Elektronenstrahlkanone 30 andererseits bewegt wird. Infolge der hohen Intensität des Elektronenstrahls (10 k¥/mm ) und infolge seiner hohen Stromstärke (60 kW), ist die Breite der Fläche, auf die zwischen den Segmenten eingewirkt wird, viel schmaler, als bei den Gesteinsbohrern aus dem Stand der Technik. Zusätzlich ruft die Elektronenstrahlkanone einen Strahl hervor, der im wesentlichen den zu verbindenden Bereich durch und durch durchdringt. Die Energie aus dem Elektronenstrahl wird schnell aufgebracht, wodurch die Entstehung von Hitze verhindert und die Gefahr der Beschädigung von Teilen am Gesteinsbohrer, die eine geringere Toleranz gegenüber Wärme aufweisen, wie dieThe electron beam is generated by means of an electron beam gun 30 and the beam is caused 29 in the plane of the column 24 by a relative movement between the segments 10, 21 and 22 on the one hand and the Electron beam gun 30, on the other hand, is moved. Due to the high intensity of the electron beam (10 k ¥ / mm) and due to its high amperage (60 kW), is the width of the area acted on between the segments becomes much narrower than the prior art rock drill bits. In addition, the electron beam cannon calls a beam emerges which essentially penetrates the area to be connected through and through. the Energy from the electron beam is applied quickly, which prevents the build-up of heat and reduces the risk the damage to parts on the rock drill that have a lower tolerance to heat, such as the

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Gummidichtung und das Schmiermittel, vermindert werden. Die Segmente 10, 21 und 22 des Gesteinsbohrers sind zur Bildung einer quadratischen Stoßverbindung angeordnet und nicht unter Bildung einer V-Nut oder einer J-Nut, welche bei den drehbaren Gesteinsbohrern aus dem Stand der Technik erforderlich sind. Der Elektronenstrahl fügt kein Material hinzu, um den Aufbau einer Schweißnaht entlang der Spalte hervorzubringen. Außerdem ergibt sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn überhaupt, nur eine sehr kleine Verwerfung.Rubber seal and lubricant. The segments 10, 21 and 22 of the rock drill are for Forming a square butt joint and not forming a V-groove or a J-groove, which are required in the rotary rock drills from the prior art. The electron beam does not add material to cause a weld to build up along the crevice. It also results with the help of the method according to the invention, if at all, just a very small fault.

Gemäß Fig. 1 stellt man fest, daß die Flächen 25 und 26 eben sind und an die Flächen der anderen Segmente, die zusammen den Gesteinsbohrer bilden, aneinandergrenzend angeordnet werden können. Die Kanten 27 und 28 der Flächen 25 bzw. 26 sind im wesentlichen rechtwinklig und sind nicht mit einer Schrägkante oder mit einer Phase versehen, wie bei den bisher bekannten Gesteinsbohrern.According to FIG. 1, it can be seen that surfaces 25 and 26 are flat and contiguous with the surfaces of the other segments which together form the rock drill can be arranged. The edges 27 and 28 of surfaces 25 and 26, respectively, are substantially rectangular and are not provided with a bevel or with a phase, as with the previously known rock drills.

Das erfindungsgemäße Verfahren schafft einen sehr großen Verschmelzungsbereich, womit eine größere Bruchfestigkeit und Steifigkeit im Bohrer erzielt wird. Ein Vergleich wurde angestellt zwischen dem Verbindungsbereich einzelner Segmente, die zur Bildung eines Gesteinsbohrers mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zusammengefügt wurden und dem Schweißbereich einzelner Segmente , die zur Bildung eines Gesteinsbohrers nach einem bisher bekannten Verfahren zusammengefügt wurden. Der gemessene Bereich entspricht der miteinander verbundenen Fläche. Folgende Tabelle zeigt, daß ein wesentlich größerer Bereich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens miteinander vereinigt ist:The method according to the invention creates a very large fusion area, thus greater breaking strength and rigidity is achieved in the drill. A comparison was made between the connection areas of individuals Segments which have been joined together to form a rock drill using the method according to the invention and the welding area of individual segments, which are used to form a rock drill according to a previously known Procedures were merged. The measured area corresponds to the connected area. The following The table shows that a much larger area is combined with one another with the aid of the method according to the invention is:

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- +cr-- + cr-

Verfahren gemäß der
ErfindungProcedure according to the
invention Verbunde
ne FlächeComposites
ne area Verfahren gemäß dem Stand
der TechnikProcedure according to the state
of the technique Verschweißte
FlächeWelded
area Segmentsegment 72,84 cm²
72,97 cm²
68,39 cm² 72.84 cm ²
72.97 cm ²
68.39 cm ² Segmentsegment 32,65 cm²
27,55 cm²
2
27,68 cm32.65 cm ²
27.55 cm ²
2
27.68 cm 80036 Spezial 1
80036 Spezial 2
80036 Spezial 380036 special 1
80036 special 2
80036 special 3 80036 Standard 4
80036 Standard 5
80036 Standard 680036 standard 4
80036 standard 5
80036 standard 6

Gemäß Fig. 3 ist die Größe des Bereichs der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens miteinander verbundenen benachbarten Segmente dargestellt. Die in Fig. 1 gezeigte Fläche 25 wird einer benachbarten Fläche des anliegenden Segmentes 21 gegenüberliegend angeordnet. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im wesentlichen die ganzen Flächenbereiche miteinander verbunden. Die Linie 32 zeigt den Bereich, der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem Nachbarbereich verbunden wird. Der Bereich 33 gemäß Fig. 3 ist der einzige nicht mit dem Nachbarbereich verbundene Bereich. Es wird Wert auf die Tatsache gelegt, daß im wesentlichen der ganze Bereich der aneinanderliegenden Flächen mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens verbunden wird.According to FIG. 3, the size of the area is the adjacent ones connected to one another with the aid of the method according to the invention Segments shown. The surface 25 shown in Fig. 1 becomes an adjacent surface of the adjacent segment 21 opposite arranged. With the help of the invention In the process, the entire surface areas are essentially connected to one another. Line 32 shows the area that with the aid of the method according to the invention with the neighboring area is connected. The area 33 according to FIG. 3 is the only area not connected to the neighboring area. It Emphasis is placed on the fact that essentially the entire area of the abutting surfaces with the help of the method according to the invention is connected.

Gemäß Fig. 4 ist der Schweißbereich eines drehbaren Gesteinsbohrers gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Hier zeigt die Linie 34 den Schweißbereich. Zwischen den aneinanderliegenden Segmenten wird eine Schweißnut ausgebildet, die mit Hilfe eines Schweißverfahrens mit einer Schweißnaht gefüllt wird. Die sich ergebende Schweißung erstreckt sich nur über den von der Linie 34 umrissenen Bereich. Der nicht mit dem Bereich des Nachbarsegments verbundene Bereich ist der Bereich 35. Man erkennt, daß ein wesentlich größerer Bereich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens verbunden wird.According to FIG. 4, the welding area of a rotatable rock drill according to the prior art is shown. Here shows the line 34 the welding area. A weld groove is formed between the adjacent segments, which with the aid of a Welding process is filled with a weld seam. The resulting weld extends only over that of the Line 34 outlined area. The area not connected to the area of the neighboring segment is area 35. Man recognizes that a much larger area is connected with the aid of the method according to the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren bewahrt die Lager- und SchmiersystemeThe method of the invention preserves the storage and lubrication systems

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des Gesteinsbohrers während seines Herstellungsprozesses vor Verunreinigung. Das Verspritzen von Schweißmaterial beim" bisher bekannten Herstellungsverfahren schafft eine ständige Gefahr, daß die Lager- und Schmiersysteme infolge der beim Schweißen entstehenden Schweißpartikel verschmutzt werden.of the rock drill from contamination during its manufacturing process. The splashing of welding material during " previously known manufacturing processes creates a constant risk that the bearing and lubrication systems as a result of the Welding particles are contaminated.

Gemäß Fig. 5 ist ein Horizontalschnitt durch eine Schweißung gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Das Segment 36 ist nahe dem Segment 37 angeordnet. Eine Fläche 38 am SegmentAccording to FIG. 5, a horizontal section through a weld according to the prior art is shown. The segment 36 is arranged near the segment 37. A surface 38 on the segment

36 ist der Fläche 39 am Segment 37 gegenüberliegend angeordnet. Ein Dübel 40 erstreckt sich in ein Loch 41 in Segment 36 und.in ein Loch 42 in Segment 37. Der Dübel 40 wird zur Ausrichtung der Segmente des Bohrers in geeigneter Schweißstellung verwendet. Das Segment 36 weist einen Abschnitt 43 auf, der zusammen mit dem passenden Abschnitt 44 an Segment36 is arranged opposite the surface 39 on the segment 37. A dowel 40 extends into a hole 41 in segment 36 und.in a hole 42 in segment 37. The dowel 40 is used for Align the segments of the drill in a suitable welding position used. The segment 36 has a section 43, which together with the matching section 44 of the segment

37 eine Schweißnut bildet. Wie vorstehend erwähnt, muß das Bohrwerkzeug einen genauen Kaliberdurchmesser aufweisen. Um die Bohrer auf den geeigneten Kaliberdurchmesser auszurichten, ist zwischen den Flächen 38 und 39 eine Paßscheibe 45 angeordnet. In Abhängigkeit von der Justierung, um das Werkzeug auf die geeignete Kalibergröße zu bringen, sind in dem Werkzeug eine verschieden große Anzahl von Paßscheiben 45 erforderlich.37 forms a weld groove. As mentioned above, the drilling tool must have an accurate caliber diameter. In order to align the drill to the appropriate caliber diameter, a shim washer is located between surfaces 38 and 39 45 arranged. Depending on the adjustment to bring the tool to the appropriate caliber size, in the tool a different number of shim washers 45 required.

Die von den Abschnitten 43 und 44 gebildete Schweißnut wird mit einer Schweißnaht 46 ausgefüllt. Man stellt fest, daß die Flächen 38 und 39 mit Hilfe einer Schweißüng nicht miteinander verbunden sind und daß die Segmente 36 und 37 nur durch die Schweißnaht 46 miteinander verbunden sind. Der Querschnitt der Schweißnaht 46 weist die Form eines unregelmäßigen, vielseitigen Polygons auf. Die Form der Schweißung ist komplizierten Kraftbeanspruchungen ausgesetzt und die Lebensdauer infolge Materialermüdung ist kürzer als diejenige der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schweißnaht. Die Schweißnaht ist weicher als das Metall der Segmente 36 und 37. Beispielsweise liegt die Härte der Schweißnaht 46 im allgemeinen im Bereich von 15-20 Rockwell C, während die Härte der Segmente 36 und 37 im allgemeinen imThe weld groove formed by the sections 43 and 44 is filled with a weld seam 46. It is found that the surfaces 38 and 39 are not welded to one another are connected and that the segments 36 and 37 are connected to one another only by the weld 46. The cross section the weld seam 46 has the shape of an irregular, multifaceted polygon. The shape of the weld is exposed to complicated force loads and the service life due to material fatigue is shorter than that that produced according to the process of the invention Weld. The weld seam is softer than the metal of the segments 36 and 37. For example, the hardness is the Weld 46 generally in the range of 15-20 Rockwell C, while the hardness of segments 36 and 37 is generally generally

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Bereich von 25-35 Rockwell C liegt. Die weichere SchweißnahtThe range is 25-35 Rockwell C. The softer weld

46 ist daher nicht so fest wie die anliegenden Segmente 36 und 37.46 is therefore not as strong as the adjacent segments 36 and 37.

Gemäß Fig. 6 ist ein Horizontalschnitt durch eine Schweißnaht gemäß der Erfindung dargestellt. Das Segment 47 ist nahe dem Segment 48 angeordnet. Eine Fläche 49 am Segment 47 ist einer Fläche 50 am Segment 48 gegenüberliegend angeordnet. Die Segmente 47 und 48 sind praktisch über ihre gesamten Flächen6 shows a horizontal section through a weld seam according to the invention. The segment 47 is near that Segment 48 arranged. A surface 49 on segment 47 is arranged opposite a surface 50 on segment 48. the Segments 47 and 48 are practically over their entire surfaces

49 und 50 miteinander verbunden, wie vorstehend erwähnt.49 and 50 connected together as mentioned above.

An den Segmenten 47 bzw. 48 sind als Folge der Warmverformung der Segmente 47 bzw. 48 Grate 52 bzw. 53 ausgebildet. Zur Bemessung der Größe des Gesteinsbohrers auf die geeignete Kalibergröße sind hier Paßscheiben nicht erforderlich. An Stelle des Gebrauchs von Dübeln, um die Segmente 47 und 48 anzuordnen, werden die Segmente 47 und 48 relativ zueinander bewegt, um das Werkzeug auf die geeignete Kalibergröße zu bringen. Beispielsweise werden die oberen Teile der SegmenteAs a result of the hot deformation of the segments 47 and 48, burrs 52 and 53 are formed on the segments 47 and 48, respectively. To the Measuring the size of the rock drill to the appropriate caliber size, shims are not required here. Instead of using dowels to locate segments 47 and 48, segments 47 and 48 are relative to one another moved to bring the tool to the appropriate caliber size. For example, the upper parts of the segments

47 und 48 leicht nach außen bewegt. Ein Teil 51 der Fläche47 and 48 moved slightly outwards. Part 51 of the area

50 wird durch Gleitbewegung der Flächen 49 und 50 vorstehend angeordnet, wenn das Werkzeug auf die geeignete Kalibergröße gebracht wird. Es hat sich als wünschenswert erwiesen, daß die Flächen 49 und 50 nahe dem unteren,mit Gewinde versehenen Ende des Bohrers genau aneinanderliegend gehalten werden, während eine kleine Gleitbewegung der Flächen 49 und 50 nahe dem oberen Teil des Werkzeugkörpers ausgeführt wird.50 is placed protruding by sliding movement of surfaces 49 and 50 when the tool is adjusted to the appropriate pass size is brought. It has been found desirable that surfaces 49 and 50 be near the lower threaded one End of the drill to be held tightly against each other while a small sliding movement of the surfaces 49 and 50 close the upper part of the tool body.

An jeder Seite der Flächen 49 und 50 befindet sich eine kleine hitzebeeinflußte Zone. Diese hitzebeeinflußte Zone wird jedoch noch härter sein, als die Segmente 47 und 48. Diese hitzebeeinflußte Zone oder der Schweißbereich wird beispielsweise eine Härte aufweisen, die im wesentlichen innerhalb des Bereiches von 35-45 Rockwell C liegt, während die Segmente 47 und 48 im allgemeinen nur eine Härte von etwa 25-35 Rockwell C aufweisen. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Werkzeug weist somit eine wesentlich größere Festigkeit auf,There is a small heat affected zone on either side of surfaces 49 and 50. However, this heat affected zone becomes be even harder than the segments 47 and 48. This heat-affected zone or the weld area is for example have a hardness substantially within the range of 35-45 Rockwell C while the segments 47 and 48 generally only have a hardness of about 25-35 Rockwell C. The one produced by the method according to the invention The tool therefore has a much greater strength,

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als die Werkzeuge gemäß dem Stand der Technik. Man erkennt auch, daß die Härte zwischen der Schweißzone und den Segmenten des Werkzeuges gemäß der Erfindung weniger stark variiert, als dies zwischen der Schweißung und den Segmenten gemäß dem Stand der Technik der Fall ist. Diese Tatsache läßt sich auch erklären, da die Schweißung gemäß dem Stand der Technik einen wesentlich geringeren Kerbeffekt aufweist, als die Schweißung gemäß der Erfindung.than the prior art tools. It can also be seen that the hardness between the weld zone and the segments of the Tool according to the invention varies less than this between the weld and the segments according to the prior Technology is the case. This fact can also be explained by the fact that the welding according to the prior art is essential has less notch effect than the weld according to the invention.

Die Erfindung schafft eine größere Betriebssicherheit und eine zuverlässigere Wiederholbarkeit, da eine größere Anzahl von HerstellungsOperationen maschinell ausgeführt werden kann, als dies bisher der Fall ist. Der Einfluß der menschlichen Arbeitsleistung hat natürlich wesentliche Variationen zur Folge. Die Erfindung schafft ferner eine genaue Kontrolle der Schweißparameter über die ganze Länge der Schweißung.The invention creates greater operational safety and more reliable repeatability, since a greater number manufacturing operations can be carried out by machine, than has been the case so far. The influence of human work performance naturally has significant variations Episode. The invention also provides precise control of the welding parameters over the entire length of the weld.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung also ein aus wenigstens zwei einzelnen Segmenten gebildetes drehbares Gesteinsbohrwerkzeug. Die einzelnen Segmente sind zusammen angeordnet und in geeigneter Stellung für das fertig zusammengefügte Werkzeug ausgerichtet. Die Spalte zwischen den einzelnen Abschnitten bzw. Segmenten weisen die Form von rechtwinklig aufeinanderstellenden Stoßfugen (square-butt type joints) auf und die. aneinanderliegenden Abschnitte weisen aufeinanderstoßende Flächenbereiche auf. Ein Energiestrahl, wie etwa ein Elektronenoder Laserstrahl, wird in die Spalte gerichtet. Eine Relativbewegung zwischen dem' Strahl und den Werkzeugsegmenten bewirkt, daß der Strahl die Spalte durchdringt und die einzelnen Abschnitte an allen sich berührenden Flächen miteinander verbindet. In summary, the invention thus relates to a rotatable rock drilling tool formed from at least two individual segments. The individual segments are arranged together and in a suitable position for the fully assembled tool aligned. The gaps between the individual sections or segments are in the form of one on top of the other at right angles Butt joints (square-butt type joints) on and the. adjoining sections have abutting one another Areas on. An energy beam, such as an electron or laser beam, is directed into the gap. A relative movement between the 'beam and the tool segments causes the beam to penetrate the gaps and the individual Connects sections on all touching surfaces.

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Claims

- ί4 - U- Rfcent claims

1. Method for producing a rock drill from several individual segments, characterized

by arranging several individual segments aligned with one another in a suitable position for a completely assembled one Drills, whereby gaps are formed between the individual segments of the drilling tool, by directing a beam of energy into the column to connect the individual segments with each other and by performing a relative movement of the beam with respect to the individual segments in the plane of the column.

2. The method according to claim 1, characterized in that the energy beam is an electromagnetic energy beam.

3. The method according to claim 2, characterized in that the energy beam is an electron beam.

4. The method according to claim 3, characterized in that the step of arranging the individual segments of a rock drilling tool against one another comprises arranging the segments against one another to form a perpendicular abutting connection (square-butt type joint).

5. A method of making a rock drilling tool, characterized

by forming several individual segments of a rock drilling tool, which forms a uniform tool after the segments have been joined, the segments each having a surface, those on a corresponding face of an adjacent one Segment is arranged adjacent when the segments are put together,

by arranging several, aligned in a suitable position to each other individual segments to form a fully assembled tool, with between the individual segments

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gaps are provided in the area of the adjacent segment surfaces,

by directing an energy beam into the gap and by making a relative movement of the energy beam compared to the individual segments in the gap plane, the individual segments practically over their entire joint surface to connect with each other.

6. The method according to claim 5, characterized in that the energy beam is an electromagnetic beam.

7. The method according to claim 6, characterized in that the energy beam is an electron beam.

8. The method according to claim 7, characterized in that the step of arranging the individual segments of a rock drilling tool comprises arranging the segments against one another to form a perpendicular abutting connection.

9. Rotatable rock drill, marked

by a plurality of individual segments (10) arranged together, each of which has a surface (25,26,49,50) which a surface is assigned to abut the adjacent segment (10), and

by a means connecting the segments (10) that the segments connects to one another in the plane of the surfaces (25, 26, 49, 50).

10. Tool according to claim 9, characterized in that the

the segments (10) interconnecting means essentially extends over the entire surfaces (25, 26, 49, 50).

11. Rotatable rock drilling tool, labeled

by at least a first and a second segment (47, 48), the first segment (47) having a first surface (49) and the second segment (48) has a second surface (50) and the first surface (49) on the second surface (50) opposite is arranged, and

by means for interconnecting the first and second surfaces (49, 50).

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12. Tool according to claim 11, characterized in that the means connecting the first and second surfaces (49, 50) to one another extends over practically the entire surfaces of the first and second surfaces (49, 50).

13. Tool according to claim 12, characterized in that the means connecting the first and second surfaces (49, 50) to one another is arranged essentially in the plane of the surfaces (49, 50).

14. Rotatable rock drilling tool, characterized by a first segment (47),

by a first surface (49) arranged on the first segment (47), by a second segment (48),

by a second surface (50) on the second segment (48), which is arranged adjacent to the first segment (47), and by means which has the first and second segments (47, 48) substantially over substantially all of the first and second Surface (49, 50) connects to one another.

15. Tool according to claim 14, characterized in that the first and second segments (47, 48) interconnecting means is arranged substantially in the plane of the first and second surfaces (49, 50).

16. Rock drilling tool, labeled

by a first segment which has an arm ending in a first support bolt, the first segment at least has two faces,

by a cutting device attached to the support bolt, by a second segment, which is one in a second Has support bolt ending arm, wherein the second segment has at least two surfaces,

by a second cutting device attached to the second support bolt,

by a third segment, which has an arm ending in a third support arm, the third segment at least has two faces,

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by a third cutting device attached to the third support bolt,

by a surface arranged on the first segment which is arranged opposite one another on a surface provided on the second segment and by means of the first and second segments practically over their entire abutting surfaces with one another connecting means and

by a surface provided on the third segment, which is arranged adjacent to a surface provided on the first segment, and practically essentially through a third and first segment Means connecting to one another over their entire adjacent surfaces.

17. Tool according to claim 16, characterized in that the means connecting the first and second surfaces to one another is arranged substantially within the plane of the ane inander sitoßentfen surfaces. ^ξ /

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