EP0374788B1 - Teleskop-Bohrgestänge - Google Patents
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
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- E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
- E21B17/02—Couplings; joints
- E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
- E21B17/07—Telescoping joints for varying drill string lengths; Shock absorbers
Definitions
- the invention relates to a telescopic drill pipe according to the preamble of claim 1.
- the linkage receives its rotation via a driver which can be connected to a power turret or a corresponding unit for generating torque and which engages with an inner profile in an outer profile of the associated linkage part.
- the parts of the linkage are designed such that, in addition to the transmission of torques, a compressive force can also be transmitted from one part to the other in one direction, namely towards the tool, in certain relative positions thereof in order to exert a pressure on the tool.
- Different versions are possible.
- the design can in particular be such that an outer profile on this linkage part is interrupted at one or more points in its longitudinal extension or is designed in such a way that pressure-receiving surfaces result, on which areas of the driver can rest, by a pressing force exercise.
- pressure-receiving surfaces can also be provided on further rod parts.
- a shock absorber is provided at least on the innermost or last link part or a Kelly rod for damping shocks, such as occur particularly when the linkage parts are pushed into one another. With a simple and robust design, this is a damper equipped with a compression spring. Another shock absorber is conveniently located in the upper area of the telescopic linkage.
- a coupling device is provided between two rod parts, which has an abutment on the outer rod part, an abutment on the inner rod part and a locking member which can be moved into the free space between the two abutments by a spring, which can be moved from the locking position into the unlocking position by means of an unlocking member which can be moved relative to one another by axially displacing the two linkage parts.
- the telescopic rod in question is gradually extended to its maximum length.
- the inner rod with the drilling tool standing on the bottom of the borehole remains in position, while the next, adjacent part of the rod and its other parts move relative to the inner rod by corresponding movement of the feed drive.
- the rod parts engage again in such a way that a compressive force can be transmitted over all parts to the inner rod and thus to the tool.
- the inner rod may be released unintentionally.
- the inner rod can only be loaded to a limited extent, so that it can possibly no longer withstand a compressive force that can still be absorbed and transmitted well by the other parts of the rod and is damaged or even kinked, which would make expensive repair of the rod necessary.
- the object of the invention is to provide a telescopic linkage of the type described, which, when working with increased pressure, excludes an unintentional inclusion of the inner rod in the process and thus the risk of damage or destruction of the latter.
- the invention also strives for an advantageous design of the device in detail. Further problems connected with all of this, with which the invention is concerned, result from the respective explanation of the indicated solution.
- the telescopic drill pipe according to the invention is characterized in that the inner rod provided with a shock absorber can be connected in the inserted state to the adjacent rod part by an outside coupling device, which can be detached for releasing the connection, and in the assembled state overlaps the shock absorber of the inner rod and this has a limited axial mobility relative to the adjacent linkage part leaving coupling part.
- Such a coupling device makes it possible in a simple manner to quickly connect the inner rod to the adjacent linkage part if necessary.
- the function of the shock absorber is not affected.
- the device is straightforward and easy to use.
- the design of the removable coupling part can be easily adapted to the circumstances.
- it is cage-like.
- the removable coupling part advantageously consists of two halves which can be connected to one another by screws. This can be the case at both division points.
- the parts or halves can also be hinged to one another on one side.
- the removable coupling part can be fixed with a head at the free end of the rod part adjacent to the inner rod, and there is a support or the like at a distance from the head for at least one radial projection.
- the projection can in particular be designed as a split ring.
- FIG. 1 The illustration of the collapsed four-part telescopic linkage in FIG. 1 reveals the following elements: an outer linkage part 1, essentially designed as a round tube, a driver 5, or the like on a rotary head, not shown. can be connected and can exert both a torque and a compressive force on the linkage, one arranged in the region of the upper end of the outer linkage part 1 Carrier unit 6, a fork piece 7 with connection for a rope 8, a coupling device designated overall by the number 11 and the lower end region of an inner rod forming the innermost part of the linkage with connection piece 9 for a tool.
- an outer linkage part 1 essentially designed as a round tube, a driver 5, or the like on a rotary head, not shown.
- Carrier unit 6 a fork piece 7 with connection for a rope 8
- a coupling device designated overall by the number 11 and the lower end region of an inner rod forming the innermost part of the linkage with connection piece 9 for a tool.
- the elements used to transmit torque and pressure forces from the driver 6 to the linkage parts and from one element to the other linkage part are not shown. They can be of a well-known education.
- Fig. 2 shows a part of the telescopic linkage in a state in which the inner rod 4 is connected to a directly adjacent and coaxial to it next linkage part 3 by the coupling device 11 and both linkage parts 3, 4 are pushed out of a next connecting linkage part 2 .
- the rod part 2 is in turn pushed out of the outer rod part 1. From Fig. 2 it can also be seen that the fork piece 7 is attached to the connection for the rope 8 at the upper end of the inner rod 4.
- Fig. 3 the coupling between the linkage parts 4 and 3 is released, so that the inner rod 4 could also be pushed out of the adjacent linkage part 3 by releasing the rope 8.
- the number 10 denotes a shock absorber in the area of the lower end of the inner rod 4. Coupled, like the figures 1 and 2 show, the shock absorber 10 is overlapped by a part of the coupling device 11.
- a ring 12 is fastened with a circumferential groove 13.
- a radially inwardly directed collar 14 on the head 15 of a removable coupling part 16 engages in the latter.
- the latter is cage-like in the advantageous exemplary embodiment shown, as can also be seen in FIG. 7. It consists of two halves 16a, 16b articulated to one another by means of a hinge or in another suitable manner, so that it can be folded around the relevant parts of the linkage in the unfolded state. The two halves are then clamped together by screws 17.
- the coupling part 16 has, following the head 15, a wall region 19 which is provided with openings 18 and which ends at the bottom in an annular extension 20 with an inner shoulder surface 20a.
- the inner rod 4 is connected by a bolt 21 to a driver piece 22, on which the connection 9 for a tool is located (the connecting shaft of such a tool is only indicated by dash-dotted lines) and, at the same time, a support for a helical spring 24 acting as a compression spring via a ring part 23 of the shock absorber 10 forms.
- the other end of the spring 24 lies against an annular body 25 which can be displaced on the inner rod 4.
- a split stop ring 27 is inserted into an annular groove 26 of the driver piece 22, the halves of which are connected to one another by a screw 28. At the diametrically opposite point, the two ring halves can be hinged together or connected by a screw. On the stop ring 27 there is a spacer 29, which can come into contact with the latter when pushing the rod through the driver 6 (upwards in FIG. 1) and thereby limits the displacement path.
- FIGS. 9 to 11 illustrate corresponding states, as shown in FIGS. 4 to 6, but now when the coupling between the inner rod 4 and the adjacent linkage part 3 is released.
- the coupling part 16 is therefore removed.
- Fig. 10 in particular recognize that the inner rod 4 is now free and can slide out of the adjacent rod part 3 when the rope 8 on which it hangs. 3 shows the resulting final state.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Teleskop-Bohrgestänge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Bei Teleskop-Bohrgestängen sind wenigstens zwei koaxiale Gestängeteile bzw. wenigstens ein Gestängeteil und eine sog. Kellystange relativ zueinander axial verschiebbar. Der innerste Gestängeteil bzw. die Kellystange ist dabei an einem Seil aufgehängt. Seine Drehung erhält das Gestänge bei einer zweckmäßigen Ausführung über einen Mitnehmer, der an einen Kraftdrehkopf oder ein entsprechendes Aggregat zur Drehmomenterzeugung anschließbar ist und mit einem Innenprofil in ein Außenprofil des zugehörigen Gestängeteiles eingreift. Die Teile des Gestänges sind so gestaltet, daß außer der Übertragung von Drehmomenten jeweils auch in bestimmten Relativpositionen derselben eine Druckkraft von einem auf den anderen Teil in einer Richtung, nämlich zum Werkzeug hin, übertragen werden kann, um einen Andruck auf das Werkzeug auszuüben. Es sind dabei verschiedene Ausführungen möglich.
- Am oberen oder äußeren Gestängeteil kann die Ausbildung insbesondere so sein, daß ein Außenprofil an diesem Gestängeteil in seiner Längserstreckung an einer oder mehreren Stellen unterbrochen bzw. so gestaltet ist, daß sich Druckaufnahmeflächen ergeben, auf die sich Bereiche des Mitnehmers auflegen können, um eine Andruckkraft auszuüben. In dieser oder ähnlicher Weise lassen sich auch Druckaufnahmeflächen an weiteren Gestängeteilen vorsehen.
- Zur Dämpfung von Stößen, wie sie insbesondere beim Ineinanderschieben der Gestängeteile auftreten, ist zumindest am innersten oder letzten Gestängeteil bzw. einer Kellystange ein Stoßdämpfer vorgesehen. Bei einer einfachen und robusten Ausführung ist dies ein mit einer Druckfeder ausgestatteter Dämpfer. Ein weiterer Stoßdämpfer ist zweckmäßig im oberen Bereich des Teleskop-Gestänges vorhanden.
- Bei einem aus der US-A-3763666 bekannten Teleskop-Bohrgestänge ist jeweils zwischen zwei Gestängeteilen eine Kupplungsvorrichtung vorgesehen, die ein Widerlager am äußeren Gestängeteil, ein Widerlager am inneren Gestängeteil sowie ein in den Freiraum zwischen den beiden Widerlagern durch eine Feder hineinbewegbares Sperrglied aufweist, welches mittels eines durch axiales Verschieben der beiden Gestängeteile relativ zueinander bewegbaren Entriegelungsgliedes aus der Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung überführbar ist. Es handelt sich hierbei ausschließlich um ein Kuppeln der Gestängeteile in ausgeschobenem Zustand.
- Soll eine große Bohrtiefe erreicht werden, so wird das betreffende Teleskop-Gestänge nach und nach bis auf seine maximale Länge ausgeschoben. Beim letzten Nachsetzvorgang bleibt dabei die Innenstange mit dem auf der Sohle des Bohrloches stehenden Bohrwerkzeug in ihrer Lage, während sich der nächste, benachbarte Teil des Gestänges und dessen andere Teile durch entsprechende Bewegung des Vorschubantriebs relativ zur Innenstange verschieben. Bei Beginn des sich anschließenden Bohrvorganges erfolgt wiederum ein solcher Eingriff der Gestängeteile untereinander, daß eine Druckkraft über alle Teile bis zur Innenstange und damit zum Werkzeug übertragen werden kann.
- Je nach den Gegebenheiten kann es notwendig oder wünschenswert sein, in gewissen Bohrtiefen, die nicht die Ausnutzung der vollen Länge des Teleskop-Gestänges erfordern, mit einem großen Bohr-Andruck zu arbeiten. Bei üblichen Gestängen ist es auch in einem solchen Fall nicht ausgeschlossen, daß die Innenstange unbeabsichtigt freigegeben wird. Die Innenstange ist aber nur begrenzt belastbar, so daß sie einer Druckkraft, die von den übrigen Gestängeteilen noch gut aufgenommen und übertragen werden kann, möglicherweise nicht mehr standhält und beschädigt wird oder sogar knickt, was eine kostspielige Reparatur des Gestänges notwendig machen würde.
- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Teleskop-Gestänge der erläuterten Art zu schaffen, das bei einem Arbeiten mit erhöhtem Andruck eine unbeabsichtigte Einbeziehung der Innenstange in den Vorgang und damit die Gefahr einer Beschädigung oder Zerstörung der letzteren ausschließt. Die Erfindung strebt dabei auch eine vorteilhafte Ausbildung der Vorrichtung im einzelnen an. Weitere mit alledem in Verbindung stehende Probleme, mit denen sich die Erfindung befaßt, ergeben sich aus der jeweiligen Erläuterung der aufgezeigten Lösung.
- Das Teleskop-Bohrgestänge gemäß der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die mit einem Stoßdämpfer versehene Innenstange in eingeschobenem Zustand mit dem ihr benachbarten Gestängeteil durch eine außenseitige Kupplungsvorrichtung verbindbar ist, die einen zum Lösen der Verbindung abnehmbaren, im montierten Zustand den Stoßdämpfer der Innenstange übergreifenden und dieser eine begrenzte axiale Beweglichkeit relativ zum benachbarten Gestängeteil belassenden Kupplungsteil aufweist.
- Eine solche Kupplungsvorrichtung ermöglicht es in einfacher Weise, die Innenstange im Bedarfsfall schnell mit dem benachbarten Gestängeteil zu verbinden. Dabei wird die Funktion des Stoßdämpfers nicht beeinträchtigt. Die Vorrichtung ist unkompliziert und leicht zu handhaben.
- Der abnehmbare Kupplungsteil läßt sich ohne weiteres in seiner Gestaltung den Gegebenheiten anpassen. Bei einer zweckmäßigen Ausführung ist er käfigartig ausgebildet.
- Vorteilhaft besteht der abnehmbare Kupplungsteil aus zwei Hälften, die durch Schrauben miteinander verbunden werden können. Dies kann an beiden Teilungsstellen der Fall sein. An einer Seite können die Teile oder Hälften auch scharnierartig aneinander angelenkt sein.
- Bei einer sehr zweckmäßigen Ausführung ist der abnehmbare Kupplungsteil mit einem Kopf am freien Ende des der Innenstange benachbarten Gestängeteiles festlegbar, und es ist im Abstand vom Kopf ein Auflager für wenigstens einen radialen Vorsprung od.dgl. der Innenstange oder eines mit ihr verbundenen Teiles vorgesehen. Der Vorsprung kann insbesondere als geteilter Ring ausgebildet sein.
- Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen, aus der zugehörigen Zeichnung und aus den Ansprüchen. Es zeigen:
- Fig. 1
- ein vierteiliges Teleskop-Bohrgestänge in eingeschobenem Zustand,
- Fig. 2
- den unteren Teil des Gestänges nach Fig. 1 in einem Zustand, bei dem mit Ausnahme der Innenstange alle Teile ausgeschoben sind (gekuppelte Innenstange),
- Fig. 3
- die aus dem ihr benachbarten Gestängeteil ausgeschobene (entkuppelte) Innenstange bei dem Gestänge nach Fig. 1,
- Fig. 4
- eine Ausführung der Kupplungsvorrichtung im einzelnen, halb im Schnitt und halb in Ansicht, bei zusammengeschobenem Gestänge,
- Fig. 5
- eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung der Kupplungsvorrichtung mit Veranschaulichung eines ausgeschobenen Zustandes,
- Fig. 6
- eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung der Kupplungsvorrichtung in einem Andruckzustand,
- Fig. 7
- einen Kupplungsteil in Ansicht bzw. im Schnitt nach der Linie VII-VII in Fig. 8,
- Fig. 8
- einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII in Fig. 7,
- Fig. 9 bis 11
- den Figuren 4 bis 6 entsprechende Darstellungen dedes Gestänges in entkuppeltem Zustand der Innenstange.
- Wenn in dieser Beschreibung die Angaben "oben" und "unten" verwendet werden, so gilt dies im Hinblick auf die Zeichnung. Zugleich entspricht dies auch den meisten Einsatzfällen des Gestänges selbst.
- Die Darstellung des zusammengeschobenen vierteiligen Teleskop-Gestänges in Fig. 1 läßt folgende Elemente erkennen: einen im wesentlichen als Rundrohr ausgebildeten äußeren Gestängeteil 1, einen Mitnehmer 5, der an einen nicht gezeigten Kraftdrehkopf od.dgl. anschließbar ist und sowohl ein Drehmoment als auch eine Druckkraft auf das Gestänge ausüben kann, eine im Bereich des oberen Endes des äußeren Gestängeteiles 1 angeordnete Mitnehmer-Einheit 6, ein Gabelstück 7 mit Anschluß für ein Seil 8, eine insgesamt mit der Zahl 11 bezeichnete Kupplungsvorrichtung und den unteren Endbereich einer den innersten Teil des Gestänges bildenden Innenstange mit Anschlußstück 9 für ein Werkzeug.
- Die zur Übertragung von Drehmoment und Andruckkräften vom Mitnehmer 6 auf die Gestängeteile und von einem auf den anderen Gestängeteil dienenden Elemente sind nicht dargestellt. Sie können von bekannter Ausbildung sein.
- Fig. 2 zeigt einen Teil des Teleskop-Gestänges in einem Zustand, bei dem die Innenstange 4 mit einem ihr unmittelbar benachbarten und zu ihr koaxialen nächsten Gestängeteil 3 durch die Kupplungsvorrichtung 11 verbunden ist und beide Gestängeteile 3, 4 aus einem nächstanschließenden Gestängeteil 2 ausgeschoben sind. Der Gestängeteil 2 ist dabei seinerseits aus dem äußeren Gestängeteil 1 ausgeschoben. Aus Fig. 2 ist auch ersichtlich, daß das Gabelstück 7 mit dem Anschluß für das Seil 8 am oberen Ende der Innenstange 4 angebracht ist.
- Bei dem in Fig. 2 gezeigten Zustand des Teleskop-Gestänges, bei dem also die Innenstange 4 nicht ausgefahren ist, kann mit erhöhtem Andruck gearbeitet werden, ohne die Innenstange zu gefährden.
- In Fig. 3 ist die Kupplung zwischen den Gestängeteilen 4 und 3 gelöst, so daß die Innenstange 4 durch Nachlassen des Seiles 8 auch aus dem benachbarten Gestängeteil 3 ausgeschoben werden konnte. Mit der Zahl 10 ist ein Stoßdämpfer im Bereich des unteren Endes der Innenstange 4 bezeichnet. Im gekuppelten Zustand, wie ihn die Figuren 1 und 2 zeigen, wird der Stoßdämpfer 10 von einem Teil der Kupplungsvorrichtung 11 übergriffen.
- Eine vorteilhafte Ausführung der Kupplungsvorrichtung 11 wird nachstehend anhand der Figuren 4 bis 8 im einzelnen erläutert.
- Am unteren Ende des der Innenstange 4 benachbarten Gestängeteiles 3 ist ein Ring 12 mit einer umlaufenden Nut 13 befestigt. In die letztere greift ein radial nach innen gerichteter Bund 14 am Kopf 15 eines abnehmbaren Kupplungsteiles 16 ein. Der letztere ist bei dem gezeigten vorteilhaften Ausführungsbeispiel käfigartig ausgebildet, wie auch aus Fig. 7 hervorgeht. Er besteht aus zwei mittels Scharniers oder auf andere geeignete Weise gelenkig miteinander verbundenen Hälften 16a, 16b, so daß er in auseinandergeklapptem Zustand um die betreffenden Teile des Gestänges herumgelegt werden kann. Die beiden Hälften werden dann durch Schrauben 17 miteinander verspannt.
- Der Kupplungsteil 16 weist im Anschluß an den Kopf 15 einen mit Öffnungen 18 versehenen Wandbereich 19 auf, der unten in einem ringförmigen Ansatz 20 mit einer inneren Schulterfläche 20a endet.
- Die Innenstange 4 ist durch einen Bolzen 21 mit einem Mitnehmerstück 22 verbunden, an dem sich der Anschluß 9 für ein Werkzeug befindet (der Verbindungsschaft eines solchen ist lediglich strichpunktiert angedeutet) und das zugleich über einen Ringteil 23 eine Abstützung für eine als Druckfeder wirkende Schraubenfeder 24 des Stoßdämpfers 10 bildet. Das andere Ende der Feder 24 liegt an einem auf der Innenstange 4 verschiebbaren Ringkörper 25 an.
- In eine Ringnut 26 des Mitnehmerstückes 22 ist ein geteilter Anschlagring 27 eingelegt, dessen Hälften durch eine Schraube 28 miteinander verbunden sind. An der diametral gegenüberliegenden Stelle können die beiden Ringhälften scharnierartig aneinander angelenkt oder auch durch eine Schraube verbunden sein. Auf dem Anschlagring 27 sitzt ein Distanzstück 29, das beim Hindurchschieben des Gestänges durch den Mitnehmer 6 (in Fig. 1 nach oben) an dem letzteren zur Anlage kommen kann und dadurch den Verschiebeweg begrenzt.
- Bei dem in Fig. 4 gezeigten Zustand ist das Gestänge zusammengeschoben, wie es auch in Fig. 1 der Fall ist. Der Anschlagring 27 liegt dabei auf der inneren Schulterfläche 20a des Ansatzes 20 des Kupplungsteiles 16 auf. Die Innenstange 4 kann sich deshalb nicht weiter aus dem benachbarten Gestängeteil 3 ausschieben. Das gleiche gilt für den Zustand nach Fig. 5, wo angedeutet ist, daß sich die Gestängeteile 1, 2 und 3 relativ zueinander verschoben haben. Die Innenstange 4 behält ihre lage relativ zu dem Gestängeteil 3 bei. In Fig. 6 ist ein Arbeitszustand gezeigt, bei dem mit hohem Andruck gebohrt werden kann. Die Feder 24 des Stoßdämpfers 10 ist hierbei zusammengedrückt. Demzufolge hat der Anschlagring 27 nun Abstand von der Schulterfläche 20a.
- Die Figuren 9 bis 11 veranschaulichen entsprechende Zustände, wie sie in den Figuren 4 bis 6 gezeigt sind, nun aber bei gelöster Kupplung zwischen der Innenstange 4 und dem benachbarten Gestängeteil 3. Der Kupplungsteil 16 ist dabei also abgenommen. Besonders Fig. 10 läßt erkennen, daß die Innenstange 4 nun frei ist und sich beim Nachlassen des Seiles 8, an dem sie hängt, aus dem benachbarten Gestängeteil 3 ausschieben kann. In Fig. 3 ist der sich ergebende Endzustand gezeigt.
Claims (6)
- Teleskop-Bohrgestänge mit einer den innersten Gestängeteil bildenden, einen Anschluß (9) für ein Werkzeug aufweisenden Innenstange (4) und wenigstens einem weiteren, zur Innenstange (4) koaxialen Gestängeteil (3), wobei die Gestängeteile mit Mitteln zur Drehmomentübertragung und zur Übertragung einer Druckkraft in Richtung auf das Werkzeug-Anschluß-Ende der Innenstange (4) versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem Stoßdämpfer (10) versehene Innenstange (4) in eingeschobenem Zustand mit dem ihr benachbarten Gestängeteil (3) durch eine außenseitige Kupplungsvorrichtung (11) verbindbar ist, die einen zum Lösen der Verbindung abnehmbaren, im montierten Zustand den Stoßdämpfer (10) der Innenstange (4) übergreifenden und der Innenstange (4) eine begrenzte axiale Beweglichkeit relativ zum benachbarten Gestängeteil (3) belassenden Kupplungsteil (16) aufweist.
- Teleskop-Bohrgestänge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abnehmbare Kupplungsteil (16) käfigartig ausgebildet ist.
- Teleskop-Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der abnehmbare Kupplungsteil (16) aus durch Schrauben (17) miteinander verbindbaren Teilen (16a, 16b) besteht.
- Teleskop-Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der abnehmbare Kupplungsteil (16) aus scharnierartig aneinander angelenkten Teilen (16a, 16b) besteht.
- Teleskop-Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der abnehmbare Kupplungsteil (16) mit einem Kopf (15) am freien Ende des der Innenstange (4) benachbarten Gestängeteiles (3) festlegbar ist und im Abstand vom Kopf (15) ein Auflager (20, 20a) für wenigstens einen Vorsprung (27) der Innenstange (4) aufweist.
- Teleskop-Bohrgestänge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung der Innenstange (4) als geteilter Ring (27) ausgebildet ist.
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