Ausfälle von hydraulischen Jumbo-Bohrgestängen: Ein Leitfaden zur Interpretation der Gewinde

Drei Monate nach Beginn eines Tunnelbauprojekts in Westchina rief mich der Bauleiter zum Jumbo-Bohrwagen. Er hielt ein R32-Gelenkkopfstück in der Hand und fuhr mit dem Daumen über das, was einst das Gewinde gewesen war. Die Kanten waren verschwunden. Glatt wie ein Ehering.

"Wie viele Meter hat dieses hier?" fragte ich.

Vielleicht 400.

Vierhundert Meter. Das ist etwa die Hälfte dessen, was diese Ruten unter normalen Bedingungen leisten sollten. Irgendetwas griff den Stahl an, und es war nicht nur der Fels.

Wer einen hydraulischen Jumbo bedient – ​​egal ob im Tunnelbau, beim Driften oder in anderen Bereichen – hat wahrscheinlich schon Ähnliches erlebt. Eine Pleuelstange, die zu schnell verschlissen ist. Ein Gewinde, das direkt am Ansatz gerissen ist. Eine Biegung, die sich trotz aller Bemühungen nicht mehr begradigen lässt.

Das Besondere an Ausfällen von Jumbo-Bohrgestängen ist, dass sie fast immer Spuren hinterlassen. Die Kunst besteht darin, die jeweilige Ausfallursache zu erkennen, da die Reparatur jeweils unterschiedlich ist. Betrachten wir die fünf häufigsten Ursachen, beginnend mit derjenigen, die die meisten Gestänge zerstört.

1. R32-Gewindeverschleiß – Der langsame Tod

Das ist das wichtigste. Das, was Sie am häufigsten sehen werden.

Der Verschleiß des R32-Gewindes an Jumbo-Gewindestangen entsteht durch zwei sich gegenseitig verstärkende Mechanismen. Er beginnt mit Reibverschleiß: mikroskopisch kleine Bewegungen zwischen Gewindestange und Bohrmeißel, selbst bei fest angezogenen Schrauben. Die Oberflächen reiben aneinander, winzige Partikel lösen sich, und die Passung lockert sich minimal.

Sobald sich dieser Spalt öffnet – und sei es auch nur ein Bruchteil eines Millimeters –, geht Reibkorrosion in Stoßverschleiß über. Nun schlägt jeder Hammerschlag die Gewindeflächen aufeinander, anstatt die Kraft sauber zu übertragen. Die Verschleißrate steigt sprunghaft an.

Ein dritter Faktor wird oft übersehen: Hitze. Unter der kombinierten Belastung durch Stoß und Rotation eines leistungsstarken Hydraulikbohrers können die Gewindekontaktpunkte lokal überhitzen. Die Temperatur ist so hoch, dass die gehärtete Oberfläche weich wird, ihre Verschleißfestigkeit sinkt und in schweren Fällen winzige Schmelznarben entstehen. Diese Narben können zu Rissausbrüchen führen. Sobald ein Riss an einer Schmelznarbe entsteht, ist der Schaden unüberwindbar.

Was Sie in der Praxis beobachten werden: Die Gewindespitzen werden dünner und flachen zum Ende hin ab. Die ersten Gewindegänge sind am stärksten betroffen. Wenn Sie dies frühzeitig erkennen, können Sie die Lebensdauer des Gewindes am Ende der Stange durch regelmäßiges Austauschen verlängern. Andernfalls verschlechtert sich das Gewindeprofil so weit, dass der Sitz des Gewindebohrers ungenau wird und der Verschleiß durch Stöße die Arbeit schnell beendet.

2. Gewindebruch R32 – Der plötzliche

Gewindebrüche kommen seltener vor als Verschleiß, aber wenn sie auftreten, ist der Schaltvorgang sofort gestoppt.

Die metallurgische Analyse liefert eindeutige Ergebnisse. Nimmt man ein defektes R32-Profil, kocht es in Salzsäure, um die Oxide zu entfernen, und untersucht es anschließend unter Vergrößerung, leuchten zwei Bereiche auf: der Gewindegrund und das zweite Gewinde von der Stirnseite. Hier entstehen fast ausnahmslos die Ermüdungsrisse. Dort befinden sich auch die bereits erwähnten Schmelznarben.

Warum gerade diese beiden Stellen? Weil beim Bearbeiten der Stirnfläche durch einen Knopfbohrer oder Reibahlenbohrer die R32-Gewindezone gleichzeitig mit allen Kräften belastet wird: Zugspannung durch den Vorschub, Torsion durch die Rotation, Biegung durch die Bohrungsabweichung und Stoß durch den Kolben. Der Gewindegrund am Bohreranschluss ist der schmalste Querschnitt und trägt all diese Kräfte. Im zweiten Gewindegang wird die Spannungswelle reflektiert und konzentriert. Ganz einfache Physik.

Auch die Qualitätskontrolle spielt hier eine Rolle. Werden Bohrer und Stangen verschiedener Hersteller verwendet – was auf Baustellen häufig vorkommt – stimmen die Gewindetoleranzen möglicherweise nicht überein. Steht zu viel Gewinde über den Bohrerschulter hinaus, ist die Lastverteilung ungleichmäßig. Das erste greifende Gewinde wird unverhältnismäßig stark beansprucht, ermüdet schneller und versagt früher als nötig.

Die Lösung ist nicht immer, bessere Ruten zu kaufen. Manchmal muss man einfach nur die Lieferanten vergleichen.

3. Probleme mit der Schaft-End-Verbindung T38 / R38

Hier ist ein Beispiel, das Sie zum Nachdenken anregen sollte.

Das R32-Ende einer Jumbo-Angelrute ist der Dreh- und Angelpunkt – es fängt die Belastung durch den Biss und das Gestein ab. Das gegenüberliegende Ende, wo die Rute über ein T38- oder R38-Gewinde mit dem Schaftadapter verbunden wird, ist deutlich weniger beansprucht. Es bricht selten. Der Verschleiß ist dort im Vergleich zum aktiven Ende minimal.

Wenn Sie alsoSindWenn Sie Brüche oder ungewöhnlichen Verschleiß an der T38/R38-Verbindung feststellen, stimmt etwas im System nicht. Tauschen Sie nicht einfach die Pleuelstange aus und fahren Sie weiter.

Prüfen Sie drei Dinge:

• Zuführungsdruck auf den Jumbo.Zu viel oder zu wenig verändert die Art und Weise, wie die Fäden ineinandergreifen.

• Einstellungen für Hammerschlag und Rotation.Nicht übereinstimmende Parameter erzeugen seltsame Spannungswellen in der Saite.

• Bodenverhältnisse.Eine plötzliche Veränderung der Gesteinshärte oder der Bruchmuster kann Verbindungen überlasten, die gestern noch in Ordnung waren.

Das Ende der Achse T38/R38 ist Ihr Indikator. Wenn es anfängt zu piepen, liegt das Problem nicht am Stahl, sondern an der Einstellung.

4. Stabkörperbruch – Der seltene Fall

Brüche des Stangenkörpers sind so selten, dass man bei einem solchen Bruch eher von einer äußeren Ursache ausgehen sollte, bevor man die Metallurgie dafür verantwortlich macht.

Achten Sie auf: Oberflächenbeschädigungen durch Handhabung oder Lagerung, Kerben durch Kontakt mit scharfkantigem Gestein oder Korrosionsnarben, die als Spannungskonzentrationspunkte wirkten. Fragen Sie sich auch: Wurde die Rute als Hebel benutzt? (Das kommt häufiger vor, als man denkt.) Ein Rutenkörper, der in der Mitte bricht, hat fast immer eine Vorgeschichte.

5. Stabbiegung – Das geologische Problem

Wenn sich eine Stange in der Nähe des R32-Endes verbiegt und sich nicht wieder begradigen lässt, ist die Ursache in der Regel geologischer Natur.

Gesteinsrisse, abrupte Änderungen der Gesteinshärte oder Abweichungen im Bohrlochverlauf können ein Gestänge verklemmen und ein Biegemoment erzeugen, für das Stahl nicht ausgelegt ist. Sobald er nachgibt, ist er unbrauchbar. Man kann ihn zwar eventuell wieder ins Bohrloch einführen, aber er wird nie wieder gerade bohren, und ein Materialermüdungsbruch in der nächsten Schicht ist vorprogrammiert.

Die Lösung liegt hier nicht in einem besseren Gestänge, sondern in einer präziseren Ausrichtung des Bohrlochs. Achten Sie auf die korrekte Anpressung. Beobachten Sie den Untergrund. Bei brüchigem Gestein reduzieren Sie den Vorschub. Ein verbogenes Gestänge ist ein Anzeichen für Probleme im Bohrloch, nicht im Stahl.

Fazit

Ausfälle von Jumbo-Bohrgestängen sind kein Zufall. Jede Ausfallart weist auf eine spezifische Ursache hin: eine Toleranzabweichung, eine fehlerhafte Parametereinstellung, eine ungünstige Bodenbeschaffenheit oder ein Handhabungsfehler. Wenn Sie lernen, die Schäden zu deuten, beheben Sie nicht länger wahllos neue Gestänge, sondern gehen der eigentlichen Ursache auf den Grund.

Tatsache ist, dass die Stange selten die eigentliche Ursache ist. Sie ist nur das erste Teil, das einem den Fehler anzeigt.