EP0155540B1 - Nach dem Bodenentnahmeprinzip arbeitende Einrichtung zum unterirdischen Vorpressen von Rohren - Google Patents

Nach dem Bodenentnahmeprinzip arbeitende Einrichtung zum unterirdischen Vorpressen von Rohren Download PDF

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EP0155540B1
EP0155540B1 EP85102008A EP85102008A EP0155540B1 EP 0155540 B1 EP0155540 B1 EP 0155540B1 EP 85102008 A EP85102008 A EP 85102008A EP 85102008 A EP85102008 A EP 85102008A EP 0155540 B1 EP0155540 B1 EP 0155540B1
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cutting
cutting ring
support tube
tool
conveyor screw
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EP85102008A
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Carl B. Bosse
Fritz Wehling
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WICEMA BOHRTECHNIK GmbH
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Witte Bohrtechnik GmbH
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/003—Drilling with mechanical conveying means
    • E21B7/005—Drilling with mechanical conveying means with helical conveying means
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/20—Drives for drilling, used in the borehole combined with surface drive

Definitions

  • the invention relates to a device based on the soil removal principle for underground pre-pressing of pipes, with a support pipe, a screw conveyor arranged therein, carrying a first drilling tool on the driving side and a rotatably mounted on the supporting pipe, which can be driven independently of the screw conveyor with its own drive, concentrically the first drilling tool surrounding further cutting tool.
  • the present invention has for its object to provide a device of the generic type. which ensures that the pipes are properly driven even in difficult soil conditions such as cohesive soils and soils interspersed with rock.
  • the solution according to the invention is that the further cutting tool, as a cutting ring, forms an inlet cone with the first drilling tool and the corresponding end of the screw conveyor, over which the cutting teeth of the cutting ring extend. Thanks to this design, the two tools together form a throat that is toothed in the outer jacket and tapers inwards.
  • frustoconical, hollow pieces can be worked out by the first drilling tool on the screw conveyor, which become thinner towards the rear and break and crumble easily, even under ongoing cutting influence of the cutting teeth in the inlet cone, breaking and crumbling processes occur here continuously and the fragments can then be removed properly together with the remaining overburden moving to the inlet cone by the screw conveyor. Thanks to this design, cohesive soils can also be comminuted without problems according to exactly the same pattern and their overburden and their fragments from possible bridges in such cohesive soils can be fed to the screw conveyor without clogging.
  • the reversibility of the cutting ring drive which is provided according to a preferred embodiment, makes it possible to eliminate the fear of seizing of the cutting ring when working, for example, in rock, in that it can be cut free by reversing its drive direction.
  • the cutting teeth on the cutting ring not only extend to the outer edge of its end face, but also also extend to its outer casing. In this way, as much cross-sectional area is cut free in the rock or in strongly cohesive soil in any case, that the pipes can be pushed forward with the press linkage.
  • the drawing shows a partial longitudinal section of such a device showing the head region of the support tube. the one with the Auger provided drilling tool and further cutting tool in the form of a cutting ring.
  • the device for underground pre-pressing of pipes which works according to the soil removal principle, includes a support pipe 1, the front region of interest here being shown in the drawing.
  • the front area of a screw conveyor 2, which is arranged in a cladding tube 3, is arranged in the support tube 1. which in turn is arranged in the support tube 1.
  • a first product tube is coupled to the support tube 1 in the usual way, and then the next product tube, with appropriate propulsion, etc.
  • the tube tour including the support tube 1 is driven in the usual way from the starting pit with a press linkage.
  • the front region of the support tube 1 shown is articulated several times pivotably on the rest of the support tube and thus forms a control head which can be controlled precisely in the desired direction of advance via a control device and an actuating device.
  • a drilling tool 4 is also fastened for boring out the working face and can be driven to rotate in a predetermined direction by the rotation of the screw conveyor 2.
  • the torque required for the drilling tool 4 is applied by the drive of the screw conveyor 2 and transmitted via the screw conveyor train.
  • the screw conveyor 2 is composed in the usual way of individual pieces, which are coupled together depending on the length of the respective jacking.
  • a cutting ring 5 is now rotatably mounted in the head end of the support tube 1 and is equipped with cutting edges 6 on the end face, the cutting edges 6 being fastened to the cutting ring 5 so that they can be replaced by screws 7.
  • the cutting ring 5 itself is fastened by means of screws 8 to an inner toothed body 9 which is rotatably mounted in the head end of the support tube 1 via a roller bearing 10 and whose internal toothing is in engagement with the pinions 11, for example two hydraulic motors 12.
  • the hydraulic motors 12 are attached to flanges of the support tube 1 in the head region thereof. The hydraulic motors are actuated and controlled from the starting pit via corresponding supply lines which are carried inside and outside of the tube tour and the support tube 1.
  • the cutting edges 6 of the cutting ring 5 are expediently designed in this way. that their teeth cutting on the OnsDrust extend to the outer diameter of the support tube 1.
  • This toothing is also expediently provided on the outer jacket of the cutting edges 6, so that, thanks to this configuration, the entire cross-sectional area of the product pipes to be pressed in and the supporting pipe 1 on the face face are cut free, and thus their pre-pressing can be carried out without problems even with rock pieces embedded in the ground or during drilling work in Rock is possible.
  • the cutting edges 6 are arranged concentrically at a distance from the drilling tool 4 on the screw conveyor 2. They also define an inner inlet cone 13 tapering towards the central longitudinal axis of the device. This inlet cone 13 continues at the inner wall boundary of the cutting ring 5 and is also provided with teeth here.
  • the cutting ring 5 also has an inner and rearward cladding pipe socket 14 surrounding the front end of the screw 2. which is supported and sealed in its rear area against a flange of the support tube 1. The cutting ring 5 is also sealed against the outer ring of the rolling bearing 10 by means of an annular seal 15.
  • the direction of rotation of the screw conveyor 2 is predetermined by the fact that its task is to convey the soil drilled or cut by the drilling tool 4 and the cutting edges 6 of the cutting ring 5 from the face to the starting pit.
  • the drilling tool 4 necessarily has this direction of rotation.
  • the arrangement is such that the cutting ring 5 with the cutting edges 6 normally runs in opposite directions to the drilling tool 4 rotates. This results in an increased relative movement between these processing tools, which facilitates the tearing open of the soil at the local brood and also contributes to the tools not seizing up.
  • the drive for the cutting ring 5 together with cutting 6 is also designed as a reversing drive, so that should the cutting ring 5 still seize with the cutting edges 6 when drilling in the rock, a reversal of the direction of rotation is possible, which then immediately results in a clearing the cutting 6 leads.
  • the support tube 1 rotates when standing, because the machining tools are seized, performs uncontrolled rolling movements and thus loses its target direction, or else the control becomes inoperable in the case of a controllable pre-pressing device, for example in that a this control device own and in the support tube 1 eccentrically arranged target moves out of the directional beam acting on it.
  • a slight twisting of the support tube 1, which has already occurred at the start of the seizing, is compensated for by the reversal of the direction of rotation of the cutting ring 5 with its cutting edges 6 and undone.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine nach dem Bodenentnahmeprinzip arbeitende Einrichtung zum unterirdischen Vorpressen von Rohren, mit einem Abstützrohr, einer darin angeordneten, vortriebsseitig ein erstes Bohrwerkzeug tragenden Förderschnecke und einem am Abstützrohr drehbar gelagerten, unabhängig von der Förderschnecke mit einem eigenen Antrieb antreibbaren, das erste Bohrwerkzeug konzentrisch umgebenden weiteren Schneidwerkzeug.
  • Bei einer bekannten Einrichtung der gattungsgemäßen Art (US-A-2 798 707) lassen sich zwar durch den unabhängigen Antrieb der beiden Werkzeuge an der Ortsbrust hohe Drehmomente aufbringen und es kann mit Hilfe des zweckmäßig gegensinnig zum ersten Bohrwerkzeug an der Förderschnecke angetriebenen zweiten Schneidwerkzeuges auch versucht werden, bei etwa fest sitzendem ersten Bohrwerkzeug dieses mit dem zweiten Schneidwerkzeug freizuschneiden, doch ist bei der dortigen Ausgestaltung, die für das Bohren sehr großer Durchmesser im begehbaren Durchmesserbereich vorgesehen ist, keine sinnvolle Möglichkeit gegeben, das von dem äußeren großflächig die Ortsbrust bearbeitenden Schneidwerkzeug stammende Span- oder Abschälmaterial zuverlässig und gezielt der Förderschnecke zuzuführen. Auch erscheint es aufgrund der dortigen, sich lediglich über die recht große Stirnfläche erstreckenden Schneidenanordnung im äußeren Schneidwerkzeug nicht möglich, mit diesem, unter Zuhilfenahme des kleineren mittigen Bohrwerkzeuges, etwa Gesteins- oder Felsbrocken zu durchbohren.
  • Auch stark bindige Böden können im Hinblick auf die häufig bei deren Bearbeitung auftretende Brückenbildung mit einer derartigen Anordnung nicht zuverlässig bearbeitet werden, insbesondere weil der aus derart bindigen Böden stammende Abraum bei der dortigen Ausgestaltung die Wege zur Förderschnecke umgehend blockiert und verstopft.
  • Diese Probleme können auch nicht mit einer bekannten Einrichtung (GB-A-2016554) gelöst werden, die im kleineren Bohrdurchmesserbereich Einsatz findet und bei der nur ein einziges, sich praktisch über die gesamte der Ortsbrust zugewandte Stirnfläche der Einrichtung erstreckende Schneidscheibe vorgesehen ist, deren Abraum durch Durchbrechungen in der Schneidscheibe einer konzentrisch innenliegenden Förderschnecke zugeführt werden soll, wobei die Förderschnecke und die Schneidscheibe unabhängig voneinander antreibbar sind.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen. die auch bei schwierigen Bodenverhältnissen wie bindigen Böden und mit Gesteinsbrocken durchsetzten Böden ein einwandfreies Vortreiben der Rohre gewährleistet.
  • Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß das weitere Schneidwerkzeug als Schneidkranz mit dem ersten Bohrwerkzeug und dem entsprechenden Ende der Förderschnecke einen Einlaufkegel bildet, über den sich die Schneidzähne des Schneidkranzes erstrecken. Dank dieser Ausgestaltung bilden die beiden Werkzeuge gemeinsam einen im Außenmantel verzahnten, sich nach innen verjüngenden Schlund. Auf diese Weise können beispielsweise aus Fels- und Gesteinsbrocken in Verbindung mit der naturgemäß vorhandenen Stirnflächenverzahnung des äußeren weiteren Schneidwerkzeuges kegelstumpfförmige, durch das erste Bohrwerkzeug auf der Förderschnecke hohle Stücke herausgearbeitet werden, die nach hinten dünner werden und dort leicht brechen und abbröckeln, daß auch unter laufendem zerspanenden Einfluß der Schneidzähne im Einlaufkegel hier laufend Brech- und Abbröckelvorgänge auftreten und die Bruchstücke dann, zusammen mit dem übrigen sich zum Einlaufkegel bewegenden Abraum einwandfrei durch die Förderschnecke abgeführt werden können. Dank dieser Ausgestaltung lassen sich nach genau dem gleichen Muster auch bindige Böden problemlos zerkleinern und deren Abraum und deren Bruchstücke aus etwaigen Brückenbildungen in derartigen bindigen Böden verstopfungsfrei der Förderschnecke zuleiten. Gerade auch durch diesen Einlaufkegel läßt sich bei dem bekannten gegenläufigen Antrieb von erstem Bohrwerkzeug und weiterem Schneidwerkzeug ein Freischneiden des etwa festsitzenden ersten Bohrwerkzeuges auf der Förderschnecke besonders leicht auch in schwierigen Bodenverhältnissen durchführen. Die eigenständigen Antriebe der beiden Bohrwerkzeuge ermöglichen auch das beim Arbeiten in derartigen Bodenverhältnissen erforderliche Aufbringen hoher Drehmomente an der Ortsbrust.
  • Die gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehene Reversierbarkeit des Schneidkranzantriebes ermöglicht es, beim Arbeiten beispielsweise im Fels auch das zu befürchtende Festfressen des Schneidkranzes dadurch zu beseitigen, daß man ihn selbst durch Umkehr seiner Antriebsrichtung zum Freischneiden bringt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, die Schneidzähne auf dem Schneidkranz sich auch nicht nur bis zum Außenrand seiner Stirnfläche hin, sondern darüberhinaus auch noch auf seinen Außenmantel erstrecken zu lassen. Hierdurch wird in jedem Fall soviel Querschnittsfläche auch im Fels oder in stark bindigem Boden freigeschnitten, daß das Vortreiben der Rohre mit dem Preßgestänge einwandfrei möglich ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Einrichtung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
  • Die Zeichnung zeigt einen Teillängsschnitt einer derartigen Einrichtung mit Darstellung des Kopfbereiches des Abstützrohres. der mit dem Bohrwerkzeug versehenen Förderschnecke sowie des weiteren Schneidwerkzeuges in Form eines Schneidkranzes.
  • Die nach dem Bodenentnahmeprinzip arbeitende Einrichtung zum unterirdischen Vorpressen von Rohren beinhaltet ein Abstützrohr 1. dessen hier interessierender vorderer Bereich in der Zeichnung gezeigt ist. In dem Abstützrohr 1 ist der vordere Bereich einer Förderschnecke 2 angeordnet, die in einem Hüllrohr 3 angeordnet ist. das seinerseits in dem Abstützrohr 1 angeordnet ist. An das Abstützrohr 1 werden beim Vorpressen der Rohre in üblicher Weise zunächst ein erstes Produktenrohr angekuppelt und dann dieses bei entsprechendem Vortrieb das nächste Produktenrohr usw. Das Vortreiben der Rohrtour einschließlich des Abstützrohres 1 erfolgt in der üblichen Weise von der Startgrube aus mit einem Preßgestänge. Falls es sich um eine steuerbare Einrichtung zum unterirdischen Vorpressen handelt, ist der dargestellte vordere Bereich des Abstützrohres 1 mehrfach schwenkbeweglich am Rest des Abstützrohres angelenkt und bildet damit einen Steuerkopf, der über eine Steuereinrichtung sowie eine Betätigungseinrichtung zielgenau in der gewünschten Vortriebsrichtung zu steuern ist.
  • An dem Kopfende der Förderschnecke 2 ist ferner zum Aufbohren der Ortsbrust ein Bohrwerkzeug 4 befestigt, das durch die Drehung der Förderschnecke 2 in einer vorgegebenen Richtung rotierend antreibbar ist. Das erforderliche Drehmoment für das Bohrwerkzeug 4 wird vom Antrieb der Förderschnecke 2 aufgebracht und über den Förderschneckenstrang übertragen. Die Förderschnecke 2 ist in der üblichen Weise aus einzelnen Stücken zusammengesetzt, die je nach Länge des jeweiligen Vortriebes entsprechend aneinandergekuppelt werden.
  • Im Kopfende des Abstützrohres 1 ist nun ein Schneidkranz 5 drehbar gelagert, der stirnseitig mit Schneiden 6 bestückt ist, wobei die Schneiden 6 mittels Schrauben 7 auswechselbar an dem Schneidkranz 5 befestigt sind. Der Schneidkranz 5 selbst ist mittels Schrauben 8 an einem Innenzahnkörper 9 befestigt, der über ein Wälzlager 10 im Kopfende des Abstützrohres 1 drehbar gelagert ist und dessen Innenverzahnung mit den Ritzeln 11 beispielsweise zweier Hydraulikmotore 12 in Eingriff steht. Die Hydraulikmotore 12 sind an Flanschen des Abstützrohrs 1 in dessen Kopfbereich befestigt. Die Hydraulikmotore werden über entsprechende Zuführungsleitungen, die innen und außen an der Rohrtour und dem Abstützrohr 1 mitgeführt werden, von der Startgrube aus betätigt und gesteuert.
  • Die Schneiden 6 des Schneidkranzes 5 sind zweckmäßig so ausgestaltet. daß sich ihre an der OnsDrust schneidende Zahnung bis hin zum Außendurchmesser des Abstützrohres 1 erstreckt. Zweckmäßig ist dabei diese Zahnung auch noch auf dem Außenmantel der Schneiden 6 vorgesehen, so daß dank dieser Ausgestaltung die gesamte Querschnittsfläche der einzupressenden Produktrohre und des Abstützrohres 1 an der Ortsbrust freigeschnitten werden und somit deren Vorpressen problemlos selbst bei im Erdreich eingelagerten Felsstücken oder bei Bohrarbeiten im Fels möglich ist.
  • Die Schneiden 6 sind konzentrisch abständig zu dem Bohrwerkzeug 4 an der Förderschnecke 2 angeordnet. Sie definieren ferner einen sich zur Mittellängsachse der Einrichtung hin verjüngenden inneren Einlaufkegel 13. Dieser Einlaufkegel 13 setzt sich an der inneren Wandbegrenzung des Schneidkranzes 5 fort und ist auch hier noch mit einer Zahnung versehen. Der Schneidkranz 5 weist ferner einen das Vorderende der Schnecke 2 umgebenden inneren und nach hinten weisenden Hüllrohrstutzen 14 auf. der in seinem hinteren Bereich gegen einen Flansch des Abstützrohres 1 abgestützt und abgedichtet ist. Der Schneidkranz 5 ist ferner über eine Ringdichtung 15 gegen den Außenring des Wälzlagers 10 abgedichtet.
  • Die Drehrichtung der Förderschnecke 2 ist dadurch vorgegeben, daß es ihre Aufgabe ist, den von dem Bohrwerkzeug 4 und den Schneiden 6 des Schneidkranzes 5 aus der Ortsbrust gebohrten bzw. geschnittenen Boden zur Startgrube zu fördern. Das Bohrwerkzeug 4 hat zwangsnotwendig eben diese Drehrichtung. Über die räumlich in unmittelbarer Nähe des Schneidkranzes 5 angeordneten Hydraulikmotore 12 können nicht nur hohe Drehmomente, und zwar unabhängig von der Förderschnecke 2 und dem Bohrwerkzeug 4, aufgebracht werden, darüberhinaus ist die Anordnung so getroffen, daß normalerweise der Schneidkranz 5 mit den Schneiden 6 gegenläufig zu dem Bohrwerkzeug 4 dreht. Hierdurch ergibt sich eine verstärkte Relativbewegung zwischen diesen Bearbeitungswerkzeugen, die das Aufreißen des Erdreiches an der Ortsbrut erleichtert und auch mit dazu beiträgt, daß sich die Werkzeuge nicht festfressen. Insbesondere ein Festfressen des Bohrwerkzeuges 4 ist bei dieser Ausgestaltung praktisch nicht mehr zu erwarten. Der Antrieb für den Schneidkranz 5 samt Schneiden 6 ist darüberhinaus als Reversierantrieb ausgebildet, so daß, sollte sich insbesondere beim Bohren im Fels der Schneidkranz 5 mit den Schneiden 6 doch einmal noch festfressen, eine Umsteuerung der Drehrichtung möglich ist, was dann umgehend zu einem Freischneiden der Schneiden 6 führt. Insbesondere läßt sich hierdurch auch mit sehr großer Sicherheit vermeiden, daß bei stehenden, weil festgefressenen Bearbeitungswerkzeugen sich das Abstützrohr 1 verdreht, unkontrollierte Rollbewegungen vollführt und damit seine Zielrichtung verliert, oder aber hierdurch bei einer steuerbaren Vorpresseinrichtung die Steuerung funktionsunfähig wird, etwa dadurch, daß eine dieser Steuereinrichtung zueigene und im Abstützrohr 1 außermittig angeordnete Zielscheibe aus dem sie beaufschlagenden Richtstrahl herauswandert. Eine bei Beginn des Festfressens etwa bereits erfolgte kleine Verdrehung des Abstützrohres 1 wird durch die Umkehrung der Drehrichtung des Schneidkranzes 5 mit seinen Schneiden 6 wieder ausgeglichen und rückgängig gemacht.

Claims (7)

1. Nach dem Bodenentnahmeprinzip arbeitende Einrichtung zum unterirdischen Vorpressen von Rohren, mit einem Abstützrohr (1) und einer darin angeordneten, vortriebsseitig ein erstes Bohrwerkzeug (4) tragenden Förderschnecke (2) und einem am Abstützrohr (1) drehbar gelagerten, unabhängig von der Förderschnecke (2) mit einem eigenen Antrieb (12) versehenen, weiteren, das erste Bohrwerkzeug (4) konzentrisch umgebenden Schneidwerkzeug (5, 6), dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Schneidwerkzeug als Schneidkranz (5, 6) mit dem ersten Bohrwerkzeug (4) und dem entsprechenden Ende der Förderschnecke (2) einen Einlaufkegel (13) bildet, über den sich die Schneidzähne (6) des Schneidkranzes (5, 6) erstrecken.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß der Schneidkranz (5, 6) reversierbar antreibbar ist.
3. EInrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schneidzähne (6) des Schneidkranzes (5, 6) auch über seinen Außenmantel erstrecken.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Einlaufkegel (13) zur Mittellängsachse nach innen hin an dem Schneidkranz (5) fortsetzt.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneiden (6) auswechselbar an dem Schneidkranz (5, 6) befestigt sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidkranz (5, 6) durch ein oder mehrere, im Kopfbereich des Abstützrohres (1) vorgesehene Hydraulikmotore (12) an- treibbar ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidkranz (5, 6) an einem Innenzahnteil (9) befestigt ist, das mittels eines Wälzlagers (10) im Kopfende des Abstützrohres (1) gelagert ist und dessen Innenverzahnung mit Ritzeln (11) in Eingriff steht, die durch in dem Abstützrohr (1) befestigte Hydraulikmotore (12) antreibbar sind.
EP85102008A 1984-03-07 1985-02-23 Nach dem Bodenentnahmeprinzip arbeitende Einrichtung zum unterirdischen Vorpressen von Rohren Expired EP0155540B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
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DE3408246A DE3408246C2 (de) 1984-03-07 1984-03-07 Vortriebseinrichtung zum Herstellen unterirdischer Hohlräume nach dem Rohrvorpreßverfahren

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EP0155540A1 EP0155540A1 (de) 1985-09-25
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