DE3115623A1 - Abschervorrichtung fuer einen bohrlochkopf - Google Patents

Abschervorrichtung fuer einen bohrlochkopf

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Description

ExemDlar 1
Patentanwälte Dip^-t^n«! ]^.,3JP^fο*κ?μΛν&; Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke
Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dk. Ing. H. L.ska ^ 3115623
THha
Cameron Iron Works, Inc.
1124 Silber Road,
8000 MÜNCHEN 86, DEN 1 6· Apfi! f98f POSTFACH 860 820
MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22
Houston, Texas 77001 U.S.A.
Abschervorrichtung für einen Bohrlochkopf
130067/0756
Die Erfindung betrifft eine Abschervorrichtung zum Abscheren von Gegenständen wie beispielsweise einem Bohrstrang,der sich durch einen Bohrlochkopf erstreckt. Der Bohrstrang kann Mitnehmerstangen, ein Bohrgestänge, Gestängeverbinder und Schwerstangen unterschiedlichen Gewichts pro Längeneinheit umfassen.
Während des Bohrens eines Bohrloches kann es notwendig werden, den Bohrstrang an dem Bohrlochkopf abzuscheren, um das Bohrloch unter Kontrolle zu haben. Es ist daher wünschenswert, jeden beliebigen in dem Bohrlochkopf gerade befindlichen Abschnitt des Bohrstranges abscheren zu können, wenn ein entsprechender Notfall auftritt, der das Abscheren des Bohrstranges und das Verschließen des Bohrloches erforderlich macht.
Bisher bekannte Abschervorrichtungen, wie sie beispielsweise in der US-PS 3 561 526 beschrieben sind, hatten die Form von Ausbruchsventilen, die durch das Bohrgestänge hindurchschnitten und daß Bohrloch gegen den in ihm herrschenden Druck abdichteten, nachdem das hohle Bohrgestänge abgeschert worden war. Diese Abschervorrichtungen haben zwar beim Abscheren von hohlen Bohrrohren des Bohrstranges befriedigend gearbeitet, waren jedoch aus verschiedenen Gründen nicht in der Lage, Schwerstangen oder schwere Hülsen oder Gehäuse abzuscheren. Normalerweise haben diese Vorrichtungen nicht genügend Kraft, um schwere Schwerstangen abzuscheren. Ferner neigen sie dazu, ein Gehäuse oder eine Hülse flach zu quetschen, so daß es breiter ist als die Bohrung des Ausbruchsventiles und in den Führungen der Scherstempel hängt. Ferner haben die Schneideoder Scherklingen bei Anwendung der zum Abscheren einer Schwerstange erforderlichen Kraft die Neigung, in vertikaler Richtung auseinander zu weichen, wodurch die Abscherwirkung vermindert wird.
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Bei einigen bekannten Abschervorrichtungen sind Führungen vorgesehen, um eine Trennung oder ein Auseinanderweichen der Scherklingen zu verhindern. Die US-PS 1 802 564 beschreibt eine Abschervorrichtung für einen Bohrlochkopf, die in dem das Bohrloch umgebenden Gehäuse Schlitze aufweist, in denen die Scherklingen während des Schervorganges gleiten. Ein seitlicher Träger für die Scherklingen ist bei einer Vorrichtung vorgesehen, die in der US-PS 3 399 728 beschrieben wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abschervorrichtung anzugeben, mit der es möglich istf jeden beliebigen Abschnitt eines Bohrstranges in einem Bohrlochkopf abzuscheren.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Abschervorrichtung vorgeschlagen, die erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch ein Gehäuse mit einer es durchsetzenden Bohrung und Scherstempelführungen, die sich von gegenüberliegenden Seiten der Bohrung zur Seite erstrecken, eine ScherStempelanordnung mit einem ersten und einem zweiten Scherstempel, deren jeder in einer der Scherstempelführungen angeordnet ist, eine Scherklinge an jedem Scherstempel, den Scherklingen zugeordnete Mittel, um die abzuscherende Anordnung in der Bohrung zurück zu halten und eine Trennung der Scherklingen während des Schervorganges zu verhindern, und Betätigungsmittel, um die Scherstempel in die Bohrung hinein und aus der Bohrung hinaus mit einer ausreichenden Kraft zu bewegen, so daß die Scherklingen auch Schwerstangen abscheren können.
Die erfindungsgemäße Abschervorrichtung ist in der Lage, jeden beliebigen Abschnitt eines Bohrstranges abzuscheren. Dabei ist die Ausbildung so getroffen, daß ein Blockieren der Abschervorrichtung durch Einquetschen von Teilen der abzuscherenden Anordnung in die Scherstempelführungen der Vorrichtung vermieden wird. Schließlich kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, daß Reaktionskräfte erzeugt werden, die
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ein Auseinanderdrücken der Scherklingen verhindern und damit die Scherwirkung verbessern.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Figuren die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der erfindungsgemäßen Schervorrichtung mit einer durch sie verlaufenden Schwerstange, wobei ein Abschnitt der Schwerstange weggebrochen ist, um Einzelheiten der Scherstempelänordnung zu zeigen,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung, wobei Teile des Gehäuses weggebrochen sind, um die Zuordnung der Arme, der Bohrung und der Führungen zu zeigen,
Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht, welche das Abscheren einer Schwerstange zeigt,
Fig. 4 eine maßgleiche perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Klingen und Scherstempel der vorliegenden Erfindung und
Fig. 5 eine Schnittansicht längs Linie 5-5 in Fig. 3.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Vorrichtung 10 umfaßt ein Gehäuse 12 mit einer sich durch dieses erstreckenden vertikalen Bohrung 14. Durch die Bohrung 14 verläuft ein Bohrstrang D. Das Gehäuse 12 weist einen unteren Flansch 16 und einen oberen Flansch 18 auf, so daß die Vorrichtung 10 in dem Schacht eines Bohrlochkopfes angeordnet werden kann.
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Von einander diametral gegenüberliegenden Stellen der Bohrung 14 aus erstreckend sich Führungen 20 und 22 für Scherstempel radial nach außen. Die ScherStempelanordnung der Vorrichtung 10 umfaßt einen ersten und einen zweiten Scherstempel 24 bzw. 26, die in den Führungen 20 bzw. 22 angeordnet sind.
Um die Scherstempel 24 und 26 hin und her zu bewegen, sind Betätigungseinrichtungen 28 vorgesehen. Diese bewegen die Scherstempel 24 und 26 aufgrund eines Fluiddruckes in die Bohrung 14 hinein oder aus dieser heraus, um den durch die Bohrung 14 verlaufenden Abschnitt des Bohrstranges D abzuscheren bzw. die Scherstempel aus dieser Bohrung 14 heraus zu ziehen. Die Betätigungseinrichtungen 28 umfassen jeweils einen Kolben 30 in einem Zylinder 32 sowie eine Kolbenstange 34, welche den Kolben 30 mit dem jeweils zu bewegenden Scherstempel verbindet. Die Betätigungseinrichtung 28 ist auf geeignete Weise mit dem Gehäuse 12 verbunden, wie man dies in den Figuren erkennt. Ferner sind geeignete Einrichtungen vorgesehen, um ein Druckfluid auf beiden Seiten des Kolbens 30 zuführen zu können.
An dem Scherstempel 24 ist eine obere Scherklinge 36 und an dem Scherstempel 26 eine untere Scherklinge 38 angeordnet. Wie man in der Fig. 4 erkennt, sind die Scherklingen 36 und 38 mit ihrem jeweiligen Scherstempel einstückig ausgebildet.
Die Scherstempel 24 und 26 haben einen im wesentlichen ovalen Querschnitt entsprechend der Querschnittsform der Führungen 20 und 22. Die Scherklingen 36 und 38 weisen zur Bohrung hin. Die Scherklingen 36 und 38 sind so angeordnet, daß die Schneidkante der Scherklinge 38 gerade unterhalb der Schneidkante der Scherklinge 36 beim Abscheren eines Abschnittes des Bohrstranges vorbeiläuft. An den Seiten des Scherstempeis 24 sind Arme 40 und 42 mit Hilfe von Kopfschrauben 44 be-
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festigt und erstrecken sich in Richtung auf die Bohrung 14. An den Seiten des Scherstempels 26 sind Arme 46 und 48 mit Hilfe von Kopfschrauben 50 befestigt und erstrecken sich in Richtung auf die Bohrung 14.
Die Arme 40 und 42 sowie 46 und 48 erstrecken sich seitlich der Scherklingen von dem jeweiligen Scherstempel nach vorne und sind ausreichend dick, um sich um ein geringes Maß mit der Bohrung 14 zu überlappen, wie dies in der Fig. 5 zu erkennen ist. Die Arme 40 und 4 2 sind mit nach oben weisenden Schultern 52 und 54 sowie Oberflächen 53 bzw. 55 versehen, die sich über einen wesentlichen Längenabschnitt der Arme erstrecken, wie man dies in der Fig. 4 erkennt. Die Arme 46 und 48 sind mit abwärts weisenden Schultern 56 und 58 sowie Unterseiten 57 bzw. 59 versehen, die sich ebenfalls über einen wesentlichen Längenabschnitt der Arme 46 bzw. 48 erstrecken, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Jeder der Arme 40, 42, und 48 ist mit einem vertikalen einwärts vorspringenden Abschnitt 60 versehen, der in eine jeweilige Nut 62 in dem jeweiligen Scherstempel eingreift.
Wenn die Scherstempel 24 und 26 einwärts bewegt werden, greifen der Arm 40 und der Arm 46 ineinander,wobei die Schulter 52 zur Anlage an der Unterseite 57 und die Schulter 56 zur Anlage an der Oberseite 53 kommt. Ebenso greifen die Arme 42 und 48 ineinander,wobei die Schulter 54 zur Anlage an der Unterseite 59 und die Schulter 58 zur Anlage an der Oberseite 55 kommt. Bei diesem gegenseitigen Eingriff der Arme handelt es sich jeweils um einen gleitenden Eingriff. Wenn die Seher-Stempel 24 und 26 soweit vorgeschoben sind, daß sie zum Eingriff mit dem Bohrstrang D kommen, greifen ihre jeweiligen Arme ineinander und nehmen die Räume in den Führungen 20 und 22 an den Seiten der Bohrung 14 ein, wie man dies deutlich in der Fig. 5 erkennt. Beim Abscheren des Bohrstranges D
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durch die Scherwirkung der Scherklingen 36 und 38 verhindern daher die Arme, daß der Bohrstrang in die Hohlräume in den Führungen 20 und 22· beiderseits der Bohrung 14 gequetscht wird.
Die Scherwirkung der Scherklingen 36 und 38 erzeugt Kräfte, die versuchen, die obere Scherklinge 36 nach oben und die untere Scherklinge 38 nach unten zu drücken. Eine derartige Bewegung der Scherklingen aus der Scherebene infolge dieser Kräfte würde ihre Scherwirkung erheblich beeinträchtigen. Bei der Schervorrichtung 10 werden diese Kräfte abgefangen und die Scherklingen durch den gegenseitigen Eingriff der Arme in ihrer wirksamsten Scherposition gehalten. Die Schultern 56 und 58 sowie die Unterseiten 57 und 59 versuchen nach unten auszuweichen, wenn die Scherklinge 38 abwärts gedrückt wird, wogegen die Schultern 52 und 54 sowie die Oberseiten 53 und 55 versuchen nach oben auszuweichen, wenn die Scherklinge 38 nach oben gedrückt wird. Der wechselseitige Eingriff der Schultern und Flächen nimmt diese Kräfte auf, um die beiden Scherklingen in der gewünschten Ausrichtung zu halten. Auch erzeugt der genaue Sitz der Arme in den Seiten der Führungen eine Gegenkraft welche die Kräfte auffängt, die versuchen, die Scherklingen zu trennen.
Die Scherstempel sind zwar mit einstückig ausgeführten Scherklingen dargestellt. Es versteht sich aber, daß auch getrennte Scherklingen auf geeignete Weise an den Scherstempeln beispielsweise mit Hilfe von Kopfschrauben und ineinandergreifenden Vorsprüngen bzw. Schlitzen befestigt werden könnten.
Die in der Fig. 3 dargestellte Vorrichtung 10 hat gerade das Abscheren des Bohrstranges D beendet, wobei der untere Abschnitt des Bohrstranges in das nicht dargestellte Bohrloch unterhalb der Vorrichtung 10 gefallen ist. Diese Figur zeigt das Abscheren einer Schwerstange, die bei dem Schervorgang
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nicht wesentlich abgeflacht wird. Gehäuse mit großem Durchmesser und Bohrrohre würden normalerweise flachgequetscht, wie dies in früheren Patenten üblicherweise dargestellt ist.
Um Schwerstangen und dickwandige Gehäuse abscheren zu können, sind die Betätigungsvorrichtungen 28 erheblich stärker als die Betätigungseinrichtungen ausgebildet, die bei den bisher bekannten Vorrichtungen zum Abscheren von Bohrrohren verwendet wurden. Beispielsweise wird vorgeschlagen, daß die Betätigungseinrichtungen 28 mit demselben Fluiddruck arbeiten wie die bisher bekannten Schervorrichtungen, jedoch eine effektive Druckfläche aufweisen, die annähernd vier mal so groß wie die Druckfläche bei den bisher bekannten Betätigungseinrichtungen für ähnlich große Scherstempel ist. Ein Vergleich zeigt, daß die wirksame Druckfläche von Betätigungseinrichtungen bei Schervorrichtungen der herkömmlichen Art
2
etwa 338 cm beträgt, während die Betätigungseinrichtung 28 für die erfindungsgemäße Schervorrichtung eine effektive
2
Druckfläche von ungefähr 1565 cm besitzt. So entwickelt die Betätigungsvorrichtung 28 eine mehr als vier mal so große Kraft wie herkömmliche Betätigungsvorrichtungen und besitzt genügend Kraft und Festigkeit, um rasch Schwerstangen mit einem Durchmesser von 17,8 cm und ein Gehäuse mit einem Durchmesser von 34 cm abzuscheren. Um 8 Zoll-Schwerstangen (d.h. solche mit einem Durchmesser von 20,32 cm) abscheren zu können, wird empfohlen, daß der den Betätigungseinrichtungen 28 zugeführte Fluiddruck von üblicherweise 207 Bar (3000 psi) auf 344 Bar (5000 psi) erhöht wird.
Bei dem Abscheren eines Gehäuses mit einem so großen Durchmesser verhindern die Arme eine Bewegung dos zusammengequetschten Gehäuses in die Führungen an den Seiten der Bohrung hinein und auch die Trennung der Scherklingen während des Schervorganges.
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SOOO MÜNCHEN 86, IJKN J g> POSTFACH 860820 '
MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 9S 39 21/22
1) Die mit der Anmeldung und im Laufe des Verfahrens eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsversuche ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes.
2) In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
3) Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung offenbarte Merkmale von erfindungswesentlicher Bedeutung zu beanspruchen; insbesondere beabsichtigt die Anmelderin, auf in den Unterlagen etwa offenbarte neue Stoffe Stoffansprüche zu richten.
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Claims (9)

Patentansprüche
1. Abschervorrichtung für einen Bohrlochkopf, gekennzeichnet, durch ein Gehäuse (12) mit einer dieses durchsetzenden Bohrung (14) und ScherStempelführungen (20, 22), die sich von gegenüberliegenden Seiten der Bohrung (14) zur Seite erstrecken, eine ScherStempelanordnung mit einem ersten und einem zweiten Scherstempel, deren jeder in einer der ScherStempelführungen (20, 22) angeordnet ist, Betätigungseinrichtungen (28) zum Hin- und Herbewegen der Scherstempel (24, 26) in die Bohrung (14) hinein bzw. aus dieser heraus, eine Scherklinge (36, 38) an jedem Scherstempel (24, 26), wobei die Scherklingen (36, 38) so angeordnet sind, daß die Scherkante der Scherklinge (36) des einen Scherstempels (24) genau unterhalb der Scherkante der Scherklinge (38) des anderen Scherstempels (26) vorbeiläuft, wenn die Scherstempel (24, 26) zum Abscheren eines in der Bohrung (14) befindlichen Gegenstandes (D) in die Bohrung (14) hinein und aufeinander zu bewegt werden, und mindestens einen an einer Seite jedes Scherstempels (24, 26) befestigten Arm (40, 42, 46, 48), der sich in Richtung auf den jeweils anderen Scherstempel (26, 24) erstreckt, wobei die Arme (40, 46 bzw. 42, 48) beim Schervorgang Reaktionskräfte aufeinander ausüben, um die Scherklingen (36, 38) in ihrer gewünschten Scherposition zu halten.
2. Abschervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Scherstempel (24, 26) zwei entlang seiner Seiten verlaufende Arme (40, 42, 46, 48) befestigt sind, die sich in Richtung auf den jeweils anderen Scherstempel (26, 24) erstrecken, um sicherzustellen, daß abzuscherende Gegenstände nicht von der Bohrung (14) seitlich nach außen in die Scherstempelführungen (20, 22) gepreßt werden.
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3. Abschervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (40, 42, 46, 48) eng an der Seite der jeweiligen Scherstempelführung (20, 22) anliegen und so dick ausgebildet sind, daß sie geringfügig in die Bohrung (14) hineinragen, wenn die Scherstempel (24, 26) zumindest teilweise in die Bohrung (14) hinein geschoben worden sind.
4. Abschervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (40, 46, 42, 48) während des Abscherens eines in der Bohrung (14) befindlichen Gegenstandes miteinander in Eingriff treten, um ein Auseinanderrücken der Scherklingen während des Schervorganges zu verhindern.
5. Abschervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (40, 42, 46, 48) ausreichend eng an den Seitenflächen der Oberseite und der Unterseite der jeweiligen Scherstempelführung (20, 22) anliegen, um ein Auseinanderrücken der Scherklingen (36, 38) während des Abscherens eines in der Bohrung (14) befindlichen Gegenstandes zu verhindern.
6. Abschervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtungen (28) so stark ausgebildet sind, daß eine in der Bohrung (14) befindliche Schwerstange beliebigen Durchmessers mit Hilfe der Scherklingen (36, 38) abscherbar ist.
7. Abschervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherklingen (36, 38) einstückig mit den Scherstempeln (24, 26) ausgebildet sind.
8. Abschervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Arm (40, 42, 46, 48) in axiale Richtung weisende Schultern (52, 53, 54,55, 56, 57, 58, 59)
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aufweist, wobei die Schultern (56 bis 59) der an dem Scherstempel (26) mit der tiefergelegenen Scherklinge (38) angeordneten Arme (46, 48) nach unten weisen und die Schultern (52 bis 55) der an dem Scherstempel (24) mit der oberen Scherklinge (36) angeordneten Arme (40, 42) nach oben weisen und wobei die Schultern (52 bis 59) der Arme (40, 42, 46, 48) bei der Einwärtsbewegung der Scherstempel (24, 26) aneinander zur Anlage kommen, um die während des Schervorganges im Sinne eines Auseinanderrückens der Scherklingen (36/ 38) wirkenden Kräfte aufzufangen.
9. Abschervorrichtung für einen Bohrlochkopf, insbesondere für einen der Ansprüche 1 bis 8,· gekennzeichnet durch
a) ein Gehäuse (12) mit einer es durchsetzenden vertikalen Bohrung (14), einer ersten und einer zweiten Scherstempelführung (20, 22), die sich von gegenüberliegenden Seiten der Bohrung (14) aus zur Seite hin erstrecken, und Anschlußmitteln (16, 18) zum Einbau des Gehäuses (12) in einen Bohrlochkopf-Schacht, wobei die Breite der Scherstempelführungen (20, 22) größer ist als der Durchmesser der vertikalen Bohrung (14),
b) eine ScherStempelanordnung mit einem ersten und einen zweiten Scherstempel (24, 26), von denen jeder in einer der ScherStempelführungen (20, 22) angeordnet ist,
c) Betätigungseinrichtungen (28) zum Einschieben eines jeden Scherstempels (24, 26) in die Bohrung (14) und zum Zurückziehen des jeweiligen Scherstempels (24, 26) aus der vertikalen Bohrung (14),
d) eine Scherklinge (36, 38) an jedem Scherstempel (24, 26), wobei die Scherklingen (36, 38) so angeordnet sind, daß
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beim Einschieben der Scherstempel (24, 26) in die vertikale Bohrung (14) die eine Scherklinge (38) an der anderen Scherklinge (36) so vorbeigleitet, daß ihre Schneidkante genau unterhalb der Schneidkante der anderen Scherklinge vorbeiläuft, um einen Gegenstand in der vertikalen Bohrung (14) abzuscheren, und
e) an den Seiten jedes Stempels (24, 26) befestigte Arme (40, 42, 46, 48), die sich jeweils in Richtung auf den anderen Scherstempel (26, 24) erstrecken und ausreichend groß ausgebildet sind, um den Raum der Scherstempelführungen (20, 22) außerhalb der vertikalen Bohrung (14) während des Schervorganges zu füllen und dadurch zu verhindern, daß rohrförmige Elemente während des Abschervorganges in den Raum der Scherstempelführungen (20, 22) an den Seiten der vertikalen Bohrung (14) gequetscht werden, wobei ferner jeder Arm (40, 42, 46, 48) eine Schulter (52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59) aufweist, die mit einer Schulter an dem gegenüberliegenden Arm des jeweils anderen Scherstempels (24, 26) in Eingriff tritt, und wobei die Schultern (52 bis 55) an den Armen (40, 42) des Scherstempels (24) mit der obenliegenden Scherklinge (36) nach oben weisen und die Schultern (56 bis 59) an den Armen (46, 48) des Scherstempels (26) mit der untenliegenden Scherklinge (38) abwärts weisen, um die Kräfte aufzufangen, die während des Schervorganges versuchen, die Scherklingen (36, 38) auseinander zu drücken.
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DE19813115623 1980-04-22 1981-04-16 Abschervorrichtung fuer einen bohrlochkopf Granted DE3115623A1 (de)

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