Wann ist ein DTH-Bit tatsächlich abgeschlossen? Die Zahlen, die die Diskussion beenden.

Ein DTH-Bohrer ist aus dem Bohrloch herausgekommen. Die Einsätze der Messreihe sind verschlissen. Die Schlagfläche weist eine Vertiefung auf. Der Schaftdurchmesser hat sich um einige Millimeter verringert. Der Bediener sagt, er sei hinüber. Der Lieferant sagt, er sei noch funktionsfähig. Und nun führt man eine Diskussion, die eigentlich überflüssig sein sollte, denn es gibt dafür die entsprechenden Daten.

Das Problem ist nicht, dass DTH-Bits unvorhersehbar ausfallen. Es ist vielmehr, dass „"failed"“ für verschiedene Menschen unterschiedliche Bedeutungen hat. Ein Betreiber, dem es um hohe Marktdurchdringungsraten geht, bezeichnet ein Bit früher als defekt als ein Einkaufsleiter, der die Kosten pro Einheit im Blick hat. Ohne einen vereinbarten Standard wird jedes verschlissene Bit zum Verhandlungspunkt.

Hier sind die Zahlen. Das sind keine Meinungen. Das sind die Schwellenwerte, ab denen die fortgesetzte Nutzung nicht mehr wirtschaftlich, sondern schädlich wird.

Die Hartgesteinsregel: 60 % des Durchmessers der Messeinsätze

Beim Bohren von Gestein oberhalb von F10 auf der Protodjakonov-Skala – also hartem Granit, Quarzit oder dichtem Basalt – sind die Messreiheneinsätze fast immer der limitierende Faktor. Diese Einsätze befinden sich am äußeren Rand der Bohrkopffläche. Sie bestimmen den Bohrlochdurchmesser und sind der höchsten kombinierten Stoßbelastung und dem stärksten abrasiven Verschleiß ausgesetzt.

Die Verschleißgrenze: Wenn die Verschleißfläche eines Messeinsatzes 60 % des ursprünglichen Durchmessers des Einsatzes erreicht, ist der Messkopf verschlissen.

Ein konkretes Beispiel: ein Bohrer mit 14 mm durchmessenden Messeinsätzen. Bei 60 % Verschleiß beträgt die Verschleißfläche 8,4 mm im Durchmesser. An diesem Punkt ist die Kontaktfläche zwischen Einsatz und Gestein so groß, dass sich die Aufprallenergie verteilt, anstatt sich zu konzentrieren. Die Eindringtiefe sinkt rapide. Noch wichtiger ist jedoch, dass die verschlissene Geometrie des Einsatzes höhere Biegespannungen im Hartmetall erzeugt und das Risiko eines Einsatzbruchs rapide ansteigt.

Läuft der Bohrer über 60 % hinaus, ist das riskant. Die Einsätze können brechen. Ein gebrochener Messeinsatz reißt den Bohrkörper mit, da die Messreihe den Bohrer im Bohrloch zentriert. Ist ein Messeinsatz weg, berührt der Bohrkörper direkt die Bohrlochwand und erodiert innerhalb von Minuten.

Die Soft- bis Mittelrock-Regel: Es liegt nicht immer an den Inserts.

In Gesteinen der Härte F10 und darunter – Kalkstein, Dolomit, mittelschwerer Sandstein – erreicht der Bohrkopf oft seine Ermüdungsgrenze, bevor die Einsätze verschleißen. Das überrascht viele, da die Einsätze noch funktionstüchtig aussehen. Doch der Stahl hat Millionen von Schlagzyklen durchlaufen und ist verschlissen.

Es gelten zwei Schwellenwerte, und derjenige, der zuerst erreicht wird, bedeutet den Ruhestand:

Auffällige Gesichtsvertiefung ≥ 0,6 mm.Am oberen Ende des Bohrerschafts, wo der Kolben auftrifft, bildet sich mit der Zeit eine flache Vertiefung. Dies ist auf die Kaltverformung des Stahls durch wiederholte, hochenergetische Stöße zurückzuführen. Ab einer Tiefe von 0,6 mm hat sich die Geometrie der Aufprallfläche so weit verändert, dass der Kolbenschlag nicht mehr optimal übertragen wird – die Energie streut, der Bohrer sitzt nicht mehr richtig im Bohrfutter, und das veränderte Kontaktmuster beschleunigt den Verschleiß sowohl am Bohrerschaft als auch an der Kolbenfläche. Ein Weiterbetrieb birgt die Gefahr eines Bohrerschaftbruchs, der das Bohrfutter und den Kolben beschädigen kann.

Keilwellenverschleiß ≥ 0,6 mm.Die Verzahnung, die im Bohrfutter greift, überträgt das Drehmoment. Mit zunehmendem Verschleiß vergrößert sich das Spiel zwischen Bohrer und Bohrfutter. Der Bohrer beginnt zu rattern. Dieses Rattern wandelt die gleichmäßige Drehmomentübertragung in Stoßbelastungen auf die Verzahnungsflächen um und beschleunigt so den Verschleiß weiter. Bei 0,6 mm Verschleiß ist die Lebensdauer der Verzahnung praktisch erschöpft. Ein weiterer Verschleiß birgt die Gefahr des Überdrehens der Verzahnung – ein Ausfall, der das Bohrfutter beschädigen und dazu führen kann, dass der Bohrer frei im Bohrloch dreht.

Entscheidend ist, dass beide Schwellenwerte erreicht werden können, obwohl die Hartmetalleinsätze noch eine signifikante Reststandzeit aufweisen. Der Schaft versagt vor den Schneidelementen. Ein Meißel, der bei 0,6 mm Verschleiß an der Schneidfläche oder der Verzahnung ausgemustert wird, ist strukturell unbrauchbar, nicht aufgrund seiner Schneidleistung. Wer den Schaft ignoriert, um die letzten Reste der Hartmetalleinsätze zu nutzen, macht aus einem planbaren Meißelwechsel eine Notfallreparatur.

Verschleiß des Gehäusedurchmessers ≥ 3 mm oder Oberflächenerosion ≥ 1 mm.Der Außendurchmesser des Bohrkörpers verschleißt durch den Kontakt mit der Bohrlochwand und durch vorbeifließendes abrasives Bohrgut. Bei einem Durchmesserverlust von 3 mm ist der Bohrer zu klein – er bohrt ein kleineres Loch als vorgeschrieben. Wird er mitten im Bohrloch durch einen neuen, vollwertigen Bohrer ersetzt, verkeilt sich dieser. (Siehe Regel 9 aus Artikel Nr. 42.)

Durch die Oberflächenerosion – den Abrieb des Stahls zwischen den Wendeschneidplatten – wird mehr vom Hartmetallkörper der Wendeschneidplatte freigelegt. Die Wendeschneidplatten stehen hervor, da sie nicht mehr vom dahinterliegenden Stahl des Bohrkörpers gestützt werden. Dadurch erhöhen sich die Biegebelastungen auf die Wendeschneidplatten. Bei einer Oberflächenerosion von 1 mm steigt das Risiko eines Wendeschneidplattenbruchs durch Überlastung der Biegung sprunghaft an.

Warum die Zahlen wichtig sind

Diese Grenzwerte haben ihren Sinn: Sie markieren die Punkte, an denen der Weiterbetrieb mit Sicherheit zu einem Totalausfall statt zu allmählichem Verschleiß führt. Wenn man in hartem Gestein etwas mehr als 60 % Verschleiß aufweist oder in mittelhartem Gestein eine Eindellung der Schlagfläche von 0,6 mm erreicht, holt man nicht mehr viel aus dem Werkzeug heraus. Vielmehr wird ein vorhersehbarer, kostengünstiger Meißelwechsel zu einem unvorhergesehenen, teuren Ausfall, der möglicherweise weitere Komponenten mitreißt.

Die besten Bohrunternehmen erfassen diese Kennzahlen. Sie messen die Bohrmeißel direkt nach dem Bohren. Sie tauschen die Meißel aus, sobald sie ihre maximale Lebensdauer erreicht haben, nicht erst nach dem Ausfall. Und sie streiten nicht mit Lieferanten darüber, ob ein Meißel länger hätte halten sollen, da sich beide Seiten vor Beginn der Bohrung auf die Ausmusterungskriterien geeinigt haben.

Ein planmäßig ausgemusterter Bohrer kostet nur den Preis des Bohrers. Ein bis zum Ausfall betriebener Bohrer kostet nur den Preis des Bohrers selbst sowie alle weiteren Schäden, die er verursacht hat. Der Unterschied liegt in den Zahlen.