Die drei Zahlen, die jedes DTH-Loch steuern: Rotation, Vorschub und Drehmoment

Bei jedem DTH-Bohrvorgang kommt es auf drei Parameter an: Drehzahl, Vorschubdruck und Drehmoment. Stimmen alle drei, bohrt sich das Loch quasi von selbst. Stimmt einer davon nicht, führt das entweder zu unnötigem Verschleiß des Bohrers, verbiegt das Bohrgestänge oder verhindert den Bohrfortschritt.

Das Problem ist, dass diese drei Werte voneinander abhängen und sich ständig ändern – mit der Tiefe, der Gesteinshärte und dem Verschleiß des Bohrers. Hier erfahren Sie, wie Sie jeden einzelnen Wert betrachten können, anhand der Formeln und Faustregeln, die erfahrene Bohrer tatsächlich anwenden.

Rotationsgeschwindigkeit: Passen Sie die Indexierung an den Aufprall an.

Die Rotation dient dazu, die Bohrmeißel zwischen den Kolbenstößen in frisches Gestein zu bewegen. Der Meißel sollte nicht zweimal auf dieselbe Stelle treffen, sich aber auch nicht so weit drehen, dass ununterbrochene Grate zwischen den Einschlagkratern entstehen.

Der optimale Punkt, ermittelt durch Feldtests in hartem Gestein: Jeder Aufprall sollte die äußeren Einsätze um ein Drittel bis die Hälfte ihres Durchmessers verschieben. Bei einer geringeren Verschiebung trifft man erneut auf dasselbe Gestein. Bei einer größeren Verschiebung entstehen Rillen.

Dafür gibt es eine Formel: Drehzahl = Aufprallfrequenz mal Einsatzdurchmesser, geteilt durch Pi mal Lochdurchmesser.

n = f × d / (π × D)

Dabei ist n die Drehzahl in Umdrehungen pro Minute (RPM), f die Schlagfrequenz in Schlägen pro Minute, d der Durchmesser des Messeinsatzes und D der Lochdurchmesser.

Die Logik ist einfach: Der Einsatz muss sich pro Schlag um einen Einsatzdurchmesser bewegen, und der Umfang der Bohrung bestimmt, wie viele Einsatzdurchmesser in eine Umdrehung passen. Die Formel wandelt diese Geometrie in eine Drehzahl um.

In der Praxis liegt der Arbeitsbereich beim Brunnenbohren üblicherweise zwischen 10 und 30 U/min. In hartem Gestein, wo jeder Schlag die volle Kontaktzeit zum Brechen benötigt, ist die Drehzahl niedriger, in weichem Gestein, wo die Eindringtiefe größer ist und der Bohrer zwischen den Schlägen weiter zentriert werden kann, höher.

Vorschubdruck: Der Bereich ist größer als Sie denken

Der Vorschubdruck sorgt dafür, dass der Bohrmeißel fest am Gestein anliegt, sodass die Energie des Kolbens zum Brechen des Gesteins genutzt wird und nicht zurückprallt. Der optimale Wert hängt vom Hammertyp, der Gesteinshärte und dem Luftdruck ab.

Der Arbeitsbereich liegt zwischen 6 und 14,6 Kilogramm pro Millimeter Meißeldurchmesser. Im unteren Bereich eignet er sich für weiches Gestein und niedrigen Luftdruck, im oberen Bereich für hartes Gestein und hohen Luftdruck.

Ein konkretes Beispiel: Ein 152-mm-Meißel benötigt bei einem Luftdruck von unter 1,7 MPa etwa 6 × 152 = 912 Kilogramm Vorschubkraft. Bei härterem Gestein sollte man die Vorschubkraft eher im oberen Bereich ansetzen – 10, 12 oder sogar 14 kg pro Millimeter – und dabei das Verhalten des Meißels genau beobachten.

Die Tiefbohrlochkorrektur aus dem vorherigen Artikel gilt auch hier: Die tatsächliche Vorschubkraft im Bohrloch entspricht dem theoretischen Wert abzüglich des Gewichts von Bohrgestänge, Hammer und Meißel. Mit zunehmender Bohrtiefe muss das Gewicht des Bohrgestänges vom Messwert abgezogen werden, um die tatsächliche Meißelkraft konstant zu halten.

Und die gleiche Warnung: Mehr Vorschub bedeutet nicht mehr Eindringtiefe. Der Kolben übernimmt das Brechen. Der Vorschub dient lediglich der Kontaktpflege. Zu viel Vorschub führt zu Verschleiß der Einsätze, Belastung der Verzahnung und Saitenverbiegung – ohne jeglichen Nutzen.

Drehmoment: Die Zahl, die niemand berechnet

Das Drehmoment findet oft die geringste Beachtung, da es üblicherweise durch die Rotation des Motors erzeugt wird. Es spielt aber eine wichtige Rolle, insbesondere in tiefen Bohrlöchern und hartem Gestein.

Der theoretische Bedarf liegt bei etwa 1,06 Newtonmetern pro Millimeter Bohrmeißeldurchmesser. In der Praxis sollte man jedoch mit einem höheren Wert – etwa 2,7 Nm pro Millimeter – rechnen, um die Reibung im Bohrloch, das Bohrklein im Ringraum und den zunehmenden Widerstand eines langen Bohrgestänges zu berücksichtigen.

Ein 152-mm-Bohrmeißel benötigt ein Drehmoment von etwa 2,7 × 152 = 410 Nm. Dies ist ein praktischer Wert, nicht der theoretische Mindestwert. Bei tiefen Bohrlöchern und hartem, abrasivem Gestein ist ein höheres Drehmoment erforderlich. Der Drehmomentbedarf steigt mit zunehmender Bohrstranglänge und Gesteinshärte.

Wenn der Rotationsmotor überlastet ist – also ruckelt, aussetzt oder heiß läuft –, übersteigt das Drehmomentangebot die benötigte Leistung. Das ist ein Zeichen dafür, dass das Bohrloch überprüft werden sollte: Bohrkleinablagerungen, Wandeinstürze oder Bohrerverklemmung. Nicht einfach durchbohren!

Die drei Parameter zusammen

Hier ist der Rahmen, der alle drei miteinander verbindet:

• DrehzahlRegelt den Hub des Meißels zwischen den Schlägen. Zu langsames Vorschieben verschwendet Aufprallenergie auf bereits gebrochenem Gestein. Zu schnelles Vorschieben hinterlässt Rillen und verschleißt die Einsätze.

• SpeisedruckRegelt, ob der Bohrer fest sitzt. Zu wenig Kraftaufwand lässt den Hammer zurückprallen und den Kolben unkontrolliert auslösen. Zu viel Kraftaufwand schleift die Einsätze ab und belastet die Verzahnung.

• DrehmomentRegelt, ob sich der Bohrer überhaupt drehen kann. Unzureichendes Drehmoment blockiert den Bohrstrang im Bohrloch. Zu hohes Drehmoment deutet auf ein Problem im Bohrloch hin.

Sie beeinflussen sich gegenseitig. Hoher Vorschubdruck erhöht den Drehmomentbedarf. Hohe Drehzahl erhöht den Verschleiß der Wendeschneidplatten. Hohes Drehmoment in weichem Gestein führt zu Verstopfungen des Bohrers. Die drei Kennzahlen bilden ein System, keine Checkliste.

Der Bohrmeister, der dieses System versteht, braucht kein Handbuch. Er analysiert das Bohrloch – die Bohrgeschwindigkeit, die Rückluftmenge, das Geräusch des Rotationsmotors, die Vibrationen an den Bedienelementen – und passt alle drei Parameter gleichzeitig, kontinuierlich und in kleinen Schritten an. Das ist der Unterschied zwischen Bohren nach Vorschrift und Bohren nach Gefühl.