EP1353765A1 - Bohrkopf - Google Patents

Bohrkopf

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EP1353765A1
EP1353765A1 EP01997366A EP01997366A EP1353765A1 EP 1353765 A1 EP1353765 A1 EP 1353765A1 EP 01997366 A EP01997366 A EP 01997366A EP 01997366 A EP01997366 A EP 01997366A EP 1353765 A1 EP1353765 A1 EP 1353765A1
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EP
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cutting
drilling head
head according
drill head
ribs
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EP01997366A
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EP1353765B1 (de
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Gisela Lüken
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LUETH UTE PETRA
Original Assignee
Lueth Ute Petra
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03F—SEWERS; CESSPOOLS
    • E03F9/00—Arrangements or fixed installations methods or devices for cleaning or clearing sewer pipes, e.g. by flushing
    • E03F9/002—Cleaning sewer pipes by mechanical means
    • E03F9/005—Apparatus for simultaneously pushing and rotating a cleaning device carried by the leading end of a cable or an assembly of rods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B9/00—Cleaning hollow articles by methods or apparatus specially adapted thereto
    • B08B9/02—Cleaning pipes or tubes or systems of pipes or tubes
    • B08B9/027—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages
    • B08B9/04—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages using cleaning devices introduced into and moved along the pipes
    • B08B9/043—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages using cleaning devices introduced into and moved along the pipes moved by externally powered mechanical linkage, e.g. pushed or drawn through the pipes
    • B08B9/045—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages using cleaning devices introduced into and moved along the pipes moved by externally powered mechanical linkage, e.g. pushed or drawn through the pipes the cleaning devices being rotated while moved, e.g. flexible rotating shaft or "snake"

Definitions

  • the invention relates to a drill head, in particular for insertion into pipelines, with a rear connection piece and a front, larger-diameter cutting body which has cutting ribs extending in the driving direction, the cutting ribs being convexly curved and having a cutting edge on both sides at their radial ends in the circumferential direction.
  • Drilling heads of this type are used, for example, for drilling deposits in pipelines.
  • the drill heads are rotated by a spiral, a shaft or, alternatively, a flush-driven drill motor and advanced in the axial direction.
  • Such a drill head is known from DE 2806725 C2.
  • the known drill head has cross slots incorporated in the base body of the cutting body, into each of which two blades with drilling blades are inserted.
  • the elongated shape has a disadvantage, as it only allows limited maneuverability.
  • the drill head is only slightly guided over the edges of the four drill blades, which run parallel to the direction of advance, so that, in the case of strong Nerkrus, the drill head can be held firmly and the inner wall of the pipe may be damaged at high driving forces.
  • BEST ⁇ TIGU ⁇ GSKOPIE DE-PS 940460 discloses a method and a device for cleaning straight pipe sections of water pipelines with a scraper carried by a rigid rod, which is inserted into the pipeline and is continuously advanced with rotation when water flows against it. Due to the rigid norbar, the well-known scraper cannot negotiate curves. Another disadvantage is the low guidance of the scraper head over a scraper blade, which protrudes on both sides over the circumference of the scraper body and is always in contact with the pipe wall at two points of contact.
  • FR 2 303 650 AI Another state of the art is FR 2 303 650 AI, in which a twist drill with a spherical head and a shaft is described, the spherical head having both cutting edges and a centering tip.
  • the protected twist drill however, has the disadvantage of an elongated, inflexible shape, so that it is not possible to use the pipe with curved drill lines.
  • a drill head which also has a rear connection piece and a front larger diameter cutting body, as best shown in FIG 7 is removed.
  • the cutting body has cutting ribs which extend in the direction of advance and which, if only slightly, are convex.
  • an undercut of the cutting edges at their radial end is disclosed.
  • the drill head described above is also not suitable for cleaning the pipe wall, in particular curved pipes.
  • a boring head in which the cutting body has a conical boring head tip which is surrounded by back-shaped tips of the cutting ribs which are set back in a longitudinal axis Y. Due to the convexly rounded cutting ribs, the pipe wall is significantly less stressed than with existing systems, since the drill head causes increased propulsive forces, e.g. can be positioned independently by bending the pipeline and / or deposits that reduce the pipe diameter and moved in the direction of advance with a pendulum head movement, fixed by the conical drill head tip. This avoids an increased surface pressure due to tilting of the drill head on the inner pipe wall.
  • the cutting edges on both sides of the cutting ribs enable effective use regardless of the direction of rotation. The undercut of the cutting edges enables even solid deposits to be loosened, since the deposits are subjected to tensile stress. The tensile strength, especially mineral deposits, is many times lower than the compressive or shear strength.
  • the drill head begins to tilt to one side as the pressing force increases, causing the tips of the cutting ribs to engage and remove the deposit.
  • the insulated tips of the cutting ribs are inverted and thus reduce the risk of pipe damage.
  • the drill head advantageously has cutting ribs tapering in the direction of advance.
  • the cutting body has a conical drill head tip.
  • the conical drill head tip can protrude from the tips of the cutting ribs. This has the advantage that the boring head is fixed over the conical boring head tip when it hits a deposit.
  • a favorable geometry of the conical drill head tip is achieved with a flank angle of 40-50 °, in particular 45 °.
  • the cutting ribs are advantageously arranged equidistantly in the circumferential direction. This ensures smooth running even at high speeds.
  • a recess with a round cross section is arranged between the cutting ribs.
  • This cross-sectional geometry of the recess represents one possibility of designing the cutting ribs with an undercut.
  • the connecting piece and the cutting body are formed in one piece.
  • the massive design of the drill head reduces the vibration in the cutting ribs and increases the service life.
  • the recess is milled into the cutting body. This enables inexpensive mechanical mass production with small manufacturing tolerances.
  • the axes of the recesses advantageously meet at an intersection in front of the drill head.
  • the axes of the recesses converging in the direction of advance ensure that the cuttings are transported away cheaply, which increases drilling progress and reduces wear on the drill head.
  • the total length L of the drill head is in relation to the outside diameter D ⁇ . 1.2.
  • the compact design with an outer diameter that corresponds approximately to the length of the drill head favors the ability of the drill head to negotiate curves.
  • a preferred embodiment has a T-shaped recess in the cylindrical connector in the longitudinal axis of the drill head.
  • two holes can be formed in the radial direction in the transition from the cylindrical connector to the cutting body.
  • Figure 1 is a side view of the drill head
  • FIG 2 is a plan view of the drill head shown in Figure 1 against the direction of advance.
  • the drill head is shown in side view.
  • the drill head 1 is composed of the connector 2 and the cutting body 3.
  • the connector 2 there is a receptacle 10 for mounting the drill head 1 on a spiral, shaft or a drill motor (not shown).
  • the attached drill head 1 can then be fixed by means of a bolt pushed through the bore 11, which is not shown.
  • the connecting piece 2 merges in one piece into the cutting body 3, which has a total of six cutting ribs 4, between which there are recesses 8.
  • the recesses 8 have a round shape in cross section. Due to the rounded cross-section of the recesses 8, an undercut 8a occurs in the radial area of the cutting ribs 4.
  • the axes 9 of the recesses 8 run towards one another in the direction of the drill head tips 7 and meet at an intersection (not shown) located in the direction of advance V in front of the tip.
  • the cutting ribs 4 have a convex shape and give the cutting body 3 a spherical shape. In addition to the spherical shape, oval shapes are also possible, which is determined by the curvature of the cutting ribs 4. Overall, due to the convex design of the cutting ribs, the drill head has a larger diameter than the connection piece.
  • Each cutting rib 4 extends in the longitudinal direction of the drill head 1, i.e. in the direction of advance, and tapers both in the direction of connection piece 2 and in the direction of drill head tip 7.
  • the drill head tip 7 is surrounded in a crown shape by the tips 6 of the outgoing cutting ribs 4, which are set back in the longitudinal axis Y.
  • the tips 6 backed under the flank angle can be seen, which enable inverted cutting of the drill head 1.
  • the arrangement, shape and orientation of the cutting edge 5 and recesses 8 enable the inside walls of the pipe to be cleaned gently, the dissolved material being discharged to the rear through the recesses 8.
  • FIG. 2 shows the drill head 1 in a top view, so that the round cross section of the recesses 8 and the undercuts 8a of the cutting edges 5 can be seen.

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Description

Bohrkopf
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Bohrkopf, insbesondere zum Einführen in Rohrleitungen, mit einem hinteren Anschußstück und einem vorderen durchmessergrößeren Schneidkörper, der sich in Nortriebsrichtung erstreckende Schneidrippen aufweist, wobei die Schneidrippen konvex gewölbt sind und an ihrem radialen Ende in Umfangsrichtung beidseitig jeweils eine Schneidkante aufweisen.
Derartige Bohrköpfe werden beispielsweise zum Aufbohren von Ablagerungen in Rohrleitungen verwendet. Hierzu werden die Bohrköpfe von einer Spirale, einer Welle oder alternativ einem spülungsangetriebenen Bohrmotor in Drehung versetzt und in axialer Richtung vorgeschoben.
Ein derartiger Bohrkopf ist aus der DE 2806725 C2 bekannt. Der bekannte Bohrkopf besitzt im Grundkörper des Schneidkörpers eingearbeitete Kreuzschlitze, in die jeweils zwei Flügel aufweisende Bohrblätter eingesetzt sind. Nachteilig wirkt sich die langgestreckte Form aus, die nur eine beschränkte Kurvengängigkeit ermöglicht. Darüber hinaus erfährt der Bohrkopf eine nur geringe Führung über die parallel zur Vortriebsrichtung verlaufenden Kanten der vier Bohrblätter, so daß es bei starken Nerkrus ungen zu einem Festhalten des Bohrkopfes und bei hohen Vortriebskräften zu Beschädigungen der Rohrinnenwand kommen kann.
BESTÄTIGUΝGSKOPIE Die DE-PS 940460 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen gerader Rohrstücke von Wasserrohrleitungen mit einem von einer starren Stange getragenen Schaber, der in die Rohrleitung eingeführt und ständig unter Drehung bei entgegenströmenden Wasser vorgeschoben wird. Aufgrund der starren Norschubstange ist der bekannte Schaber nicht kurvengängig. Weiterhin nachteilig ist die geringe Führung des Schaberkopfes über ein Schaberblatt, welches beidseitig über den Umfang des Schaberkörpers hervorragt und stets an zwei Berühungspunkten an der Rohrwandung anliegt.
Einen weiteren Stnd der Technik bildet die FR 2 303 650 AI, in der ein Spiralbohrer mit einem kugelförmigen Kopf und einem Schaft beschrieben ist, wobei der kugelförmige Kopf sowohl Schneidkanten als auch eine Zentrierungsspitze aufweist. Der geschützte Spiralbohrer weist jedoch den Nachteil einer langgestreckten, unflexiblen Form auf, so daß ein rohrschonender Einsatz bei gebogenen Bohrleitungen nicht möglich ist.
Den nächsten Stand der Technik offenbart die US 1,296,978 A, in der ein Meißel für Festgestein mit einer auswechselbaren Schneide und einem Anschlußstück an eine Bohrstange beansprucht ist. Hierbei umfaßt das hintere Anschlußstück eine zungenförmige Ausnehmung und die auswechselbare Schneide einen komplementär ausgebildeten Vorsprang, wobei die Ausnehmung und der Vorsprung in Richtung der Längsachse des Meißels geneigt sind und sich dabei verjüngen. Dadurch wird erreicht, daß beim Bohrvorgang die Schneide in Richtung der Verjüngung gedrückt und somit fixiert wird. Zum Lösen der Schneide kann beispielsweise mit einem Hammer auf die Schneide entgegen der Verjüngungsrichtung geschlagen werden, so daß sich die Schneide löst und ausgewechselt werden kann.
In den Figuren 1 bis 7 der vorstehend genannten Druckschrift ist ein Bohrkopf dargestellt, der ebenfalls ein hinteres Anschluß stück und einen vorderen durchmessergrößeren Schneidkörper aufweist, wie am besten der Figur 7 zu entnehmen ist. Der Schneidkörper besitzt sich in Vortriebsrichtung erstreckende Schneidrippen, die, wenn auch nur geringfügig, konvex ausgebildet sind. Darüber hinaus wird eine Hinterschneidung der Schneidkanten an ihrem radialen Ende offenbart. Der vorstehend beschriebene Bohrkopf ist jedoch ebenfalls nicht für eine rohrwandschonende Reinigung, insbesondere gebogener Rohrleitungen, geeignet.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Bohrkopf bereitzustellen, der einen optimierten Schneidfortschritt bei einer möglichst schonenden Bearbeitung der Rohrinnenwand auch gebogener Rohrleitungen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit einem Bohrkopf gelöst, bei dem der Schneidkörper eine kegelförmige Bohrkopfspitze aufweist, die von in einer Längsachse Y zurückversetzt liegenden hinterschmttenen Spitzen der Schneidrippen umgeben ist. Aufgrund der konvex gerundeten Schneidrippen wird die Rohrwandung deutliche geringer belastet als bei bestehenden Systemen, da sich der Bohrkopf bei erhöhten Vortriebskräften, verursacht z.B. durch Abwinklungen der Rohrleitung und/oder den Rohrdurchmesser verkleinernde Ablagerungen, selbständig positionieren kann und mit einer Pendelkopf-Bewegung, fixiert durch die kegelförmige Bohrkopfspitze, in Vortriebsrichtung bewegt. Eine erhöhte Flächenpressung durch Verkanten des Bohrkopfes an der Rohrinnenwand wird dadurch vermieden. Die beidseitig der Schneidrippen befindlichen Schneidkanten ermöglichen einen effektiven Einsatz unabängig vom Drehsinn. Die Hinterschneidung der Schneidkanten ermöglicht ein Lösen auch fester Ablagerungen, da die Ablagerungen auf Zug beansprucht werden. Die Zugfestigkeit, insbesondere mineralische Ablagerungen, liegt ein Vielfaches unter der Druck- oder Scherfestigkeit.
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung des Bohrkopfes beginnt sich der Bohrkopf bei wachsender Andruckkraft zu einer Seite zu neigen, wodurch die Spitzen der Schneidrippen mit der Ablagerung in Eingriff kommen und diese entfernen. Darüber hinaus schneiden aufgrund der kegelförmigen Ausgestaltung der Bohrkopfspitze die hinterschmttenen Spitzen der Schneidrippen invertiert und verringern somit die Gefahr von Rohrbeschädigungen.
Vorteilhafterweise weist der Bohrkopf in Vortriebsrichtung spitz zulaufende Schneidrippen auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schneidkörper eine kegelförmige Bohrkopfspitze auf. Die kegelförmige Bohrkopfspitze kann dabei gegenüber den Spitzen der Schneidrippen vorstehen. Dieses hat den Vorteil, daß der Bohrkopf bei Auftreffen auf eine Ablagerung über die kegelförmige Bohrkopfspitze fixiert ist. Eine günstige Geometrie der kegelförmigen Bohrkopfspitze wird bei einem Flankenwinkel von 40-50°, insbesondere von 45°, erreicht.
Vörteilhafterweise sind die Schneidrippen in Umfangsrichtung äquidistant angeordnet. Hierdurch wird ein gleichmäßiger Lauf auch bei hohen Drehzahlen erzielt.
In einer günstigen Ausführungsform ist zwischen den Schneidrippen jeweils eine im Querschnitt runde Ausnehmung angeordnet. Diese Querschnittsgeometrie der Ausnehmung stellt eine Möglichkeit dar, die Schneidrippen mit einer Hinterschneidung auszugestalten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind das Anschlußstück und der Schneidkörper einstückig ausgebildet. Die massive Ausführungsform des Bohrkopfes reduziert die Schwingung in den Schneidrippen und erhöht die Lebensdauer. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Ausnehmung in den Schneidkörper gefräst. Dieses ermöglicht eine kostengünstige maschinelle Massenherstellung bei geringen Fertigungstoleranzen.
Vorteilhafterweise treffen sich die Achsen der Ausnehmungen in einem Schnittpunkt vor dem Bohrkopf. Die in Vortriebsrichtung zusammenlaufende Achsen der Ausnehmungen sorgen für einen günstigen Abtransport des Bohrkleins, wodurch der Bohrfortschritt erhöht und der Verschleiß des Bohrkopfes verringert wird.
In einer günstigen Ausführangsform ist die Gesamtlänge L des Bohrkopfes im Verhältnis zum Außendurchmesser D <. 1,2. Die kompakte Bauweise mit einem Außendurchmesser, der annähernd der Länge des Bohrkopfes entspricht, begünstigt die Kurvengängigkeit des Bohrkopfes.
Eine bevorzugte Ausführungsform weist im zylindrischen Anschlußstück in der Längsachse des Bohrkopfes eine T-förmige Ausnehmung auf. Zusätzlich können im Übergang vom zylindrischen Anschlußstück zum Schneidkörper zwei Bohrungen in radialer Richtung ausgebildet sein. Diese Ausgestaltungen dienen der Befestigung des Bohrkopfes an einer Spirale, einer Welle oder einem spülungsangetriebenen Bohrmotor.
Anhand eines Ausfuhrungsbeispiels soll die Erfindung näher beschrieben werden. Es zeigen die:
Figur 1 eine Seitenansicht des Bohrkopfes;
Figur 2 eine Draufsicht des in Figur 1 dargestellten Bohrkopfes gegen die Vörtriebsrichtung. In Figur 1 ist der Bohrkopf in der Seitenansicht dargestellt. Der Bohrkopf 1 setzt sich aus dem Anschlußstück 2 und dem Schneidkörper 3 zusammen.
In dem Anschlußstück 2 befindet sich eine Aufnahme 10 zum Anbau des Bohrkopfes 1 an eine Spirale, Welle oder einen Bohrmotor (nicht dargestellt). Der angebaute Bohrkopf 1 kann anschließend mittels eines durch die Bohrung 11 geschobenen Bolzens, der nicht eingezeichnet ist, fixiert werden.
Das Anschlußstück 2 geht einstückig in den Schneidkörper 3 über, der insgesamt sechs Schneidrippen 4 aufweist, zwischen denen sich Ausnehmungen 8 befinden. Die Ausnehmungen 8 besitzen im Querschnitt eine runde Form. Aufgrund des rundlichen Querschnitts der Ausnehmungen 8 kommt es im radialen Bereich der Schneidrippen 4 zu einer Hinterschneidung 8a. Die Achsen 9 der Ausnehmungen 8 laufen in Richtung der Bohrkopfspitzen 7 aufeinander zu und treffen sich in einem in Vortriebsrichtung V vor der Spitze befindlichen nicht eingezeichneten Schnittpunkt.
Die Schneidrippen 4 besitzen eine konvexe Form und geben dem Schneidkörper 3 eine kugelige Form. Außer der Kugelform sind auch ovale Formen möglich, was durch die Krümmung der Schneidrippen 4 bestimmt wird. Insgesamt besitzt der Bohrkopf durch die konvexe Ausführung der Schneidrippen einen größeren Durchmesser als das Anschlußstück.
Jede Schneidrippe 4 erstreckt sich in Längsrichtung des Bohrkopfes 1, d.h. in Vortriebsrichtung, und verjüngt sich sowohl in Richtung Anschlußstück 2 als auch in Richtung Bohrkopfspitze 7.
Die Bohrkopfspitze 7 ist von den in der Längsachse Y zurückversetzt liegenden Spitzen 6 der auslaufenden Schneidrippen 4 kronenförmig umgeben. In Figur 1 sind die unter dem Flankenwinkel hinterschmttenen Spitzen 6 zu erkennen, die ein invertiertes Schneiden des Bohrkopfes 1 ermöglichen. Anordnung, Form und Ausrichtung der Schneidkante 5 und Ausnehmungen 8 ermöglichen eine schonende Reinigung von Rohrinnenwänden, wobei das gelöste Material durch die Ausnehmungen 8 nach hinten abgeführt wird.
In der Fig. 2 ist der Bohrkopf 1 in Draufsicht dargestellt, so daß der runde Querschnitt der Ausnehmungen 8 und die Hinterschneidungen 8a der Schneidkanten 5 zu sehen ist.
Bezuεszeichenliste
1 Bohrkopf
2 Anschluß stück
3 Schneidkörper
4 Schneidrippen
5 Schneidkante
6 Spitze
7 Bohrkopfspitze
8 Ausnehmung
8a Hinterschneidung
9 Achsen der Ausnehmung 0 Aufnahme 1 Bohrung
D Außendurchmesser
L Gesamtlänge
V Vörtriebsrichtung
Y Längsachse
Flankenwinkel

Claims

Patentansprüche
1. Bohrkopf (1), insbesondere zum Einfuhren in Rohrleitungen, mit einem hinteren Anschlußstück (2) und einem vorderen durchmessergrößeren Schneidkörper (3), der sich in Vörtriebsrichtung V erstreckende Schneidrippen (4) aufweist, wobei die Schneidrippen (4) konvex gewölbt sind und an ihrem radialen Ende in Umfangsrichtung beidseitig jeweils eine Schneidkante (5) aufweisen,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schneidkörper (3) eine kegelförmige Bohrkopfspitze (7) aufweist, die von in einer Längsachse Y zurückversetzt liegenden hinterschnittenen Spitzen (6) der Schneidrippen (4) umgeben ist.
2. Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkante (5) mit einer Hinterschneidung (8a) versehen ist.
3. Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidrippen (4) in Vörtriebsrichtung (V) spitz zulaufen.
4. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelförmige Bohrkopfspitze (7) gegenüber den Spitzen (6) der Schneidrippen (4) vorsteht.
5. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelförmige Bohrkopfspitze (7) einen Flankenwinkel (ά) von 40Q-50° aufweist.
6. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidrippen (4) in Umfangsrichtung äquidistant angeordnet sind.
7. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schneidrippen (4) jeweils eine im Querschnitt runde Ausnehmung (8) angeordnet ist.
8. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück (2) und der Schneidkörper (3) einstückig ausgebildet sind.
9. Bohrkopf nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (8) gefräst ist.
10. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Achsen (9) der Ausnehmungen (8) in einem Schnittpunkt vor dem Bohrkopf (1) treffen.
11. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gesamtlänge L des Bohrkopfes (1) im Verhältnis zum Außendurchmesser D _< 1,2 ausgebildet ist.
12. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß stück (2) in der Längsachse (Y) des Bohrkopfes (1) eine T-förmige Aufnahme (10) ausgebildet ist.
13. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Übergang vom zylindrischen Anschlußstück (2) zum Schneidkörper (3) zwei Bohrungen (11) in radialer Richtung ausgebildet sind.
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