Der langlebige Tricone-Bohrmeißel für den Bergbau: Zahnform, Lagerpflege und die Details, die zählen

Ein Dreikegelbohrer in einer Fördermine bohrt Tausende von Metern, bevor er ausgemustert wird – vorausgesetzt, alles läuft optimal. Der Unterschied zwischen einem langlebigen und einem kurzlebigen Bohrer ist meist nicht am Bohrer selbst erkennbar. Er liegt in den Entscheidungen, die im Umfeld getroffen werden: Welche Zahnform wurde verwendet, wie wurden die Lager behandelt und wurde die Kegeltemperatur nach dem letzten Bohrloch überprüft?

Hier erfahren Sie, wie Bergbaubetriebe die maximale Lebensdauer aus Tricone-Bits herausholen, unterteilt in die vier Bereiche, die den Ausschlag geben.

Zuerst muss die Zahnform stimmen

Diese Entscheidung bestimmt alles Weitere. Zwei Zahnformen dominieren beim Bergbau mit Dreikegelmeißeln und sind für unterschiedliche Härtebereiche ausgelegt.

Kugelzähne (Knopfeinsätze):Kurze, abgerundete Hartmetallplättchen sind dicht über die Kegeloberfläche angeordnet. Die kurzen Zähne bedeuten kurze Hebelarme, wodurch die Einsätze auch unter hoher Belastung biege- und bruchfest sind. Die hohe Zahndichte sorgt für eine gleichmäßige Lastverteilung auf viele Kontaktpunkte. Kugelzahn-Einsätze halten extremen axialen Drücken stand und bewähren sich selbst in harten, abrasiven Gesteinen, wo längere Einsätze brechen würden.

Keilzähne (gefräste/meißelförmige Zähne):Lange, spitze Zähne sind in den Kegelkörper eingearbeitet und weit auseinander angeordnet. Die langen Zähne dringen mit relativ geringem Anpressdruck tief in weiches Gestein ein. Der große Abstand verhindert, dass sich der Meißel in plastischen Gesteinsformationen verklumpt.

Das Scheitern bei falscher Anwendung ist lehrreich. Setzt man einen Kugelzahnbohrer in weiches Gestein ein, bohrt er zwar – aber langsam. Die kurzen Zähne dringen nicht tief genug ein, und der Bohrer schleift, anstatt Material abzutragen. Der Bohrer hält zwar lange, aber die Kosten pro Bohrloch sind hoch, da die Bohranlage permanent im Bohrloch verbleibt.

Setzt man einen Keilzahnmeißel in hartes, abrasives Gestein ein, brechen oder nutzen sich die Zähne innerhalb eines Bruchteils der erwarteten Lebensdauer ab. Die langen Zähne werden zu stark gebogen, und das abrasive Gestein frisst sich durch die weicheren, gefrästen Zähne.

Die Zahnform des Bohrers muss auf die Druckfestigkeit und Abrasivität des Gesteins abgestimmt sein. Der etwas teurere Bohrer mit der passenden Zahnform amortisiert sich durch die höhere Bohrleistung um ein Vielfaches.

Anschließend müssen die drei Parameter rund um die Lager verwaltet werden.

Dreikegelbohrer versagen an zwei Stellen: an den Zähnen und an den Lagern. Die Zähne sind sichtbar. Die Lager nicht – und sie versagen in der Regel zuerst, wenn die Parameter nicht stimmen.

Gewicht auf dem Gebiss:Genug, um die Zähne ins Gestein zu treiben, nicht mehr. Sobald das Gestein effizient bricht, erhöht zusätzliches Gewicht auf dem Lagerbock (WOB) die Eindringtiefe nicht mehr – es belastet die Lager nur stärker. Die Lagerlebensdauer verhält sich umgekehrt proportional zur Belastung. Ein Bohrer, der mit 20 % über seinem optimalen WOB betrieben wird, kann 40 % seiner Lagerlebensdauer einbüßen, ohne dass sich die Eindringtiefe verbessert.

Drehzahl:In weichem Gestein führt eine höhere Drehzahl zu schnellerem Eindringen, da jeder Zahn weniger Arbeit verrichten muss und mehr Zeit zur Erholung hat. In hartem Gestein ist eine hohe Drehzahl kontraproduktiv. Die Zähne haben nicht genügend Kontaktzeit, um den Bruch vollständig abzuschließen, bevor sie sich wegdrehen, und die Lager – die sich proportional zur Drehzahl erhitzen – verschleißen schneller. Hartes Gestein erfordert niedrigere Drehzahlen und ein höheres Auflagegewicht. Weiches Gestein erfordert höhere Drehzahlen und ein niedrigeres Auflagegewicht.

Spülluft:Die Luft dient nicht nur der Bohrgutabfuhr, sondern auch der Kühlung der Lager. Sie strömt durch interne Kanäle im Bohrer und kühlt so die Gleitlager. Ist die Luftzufuhr unzureichend, überhitzen die Lager. Typisches Symptom: Nach dem Herausziehen des Bohrers ist ein Kegel deutlich heißer als die anderen beiden. Dieser heiße Kegel hat entweder einen verstopften Luftkanal oder ein defektes Lager. Prüfen Sie alle drei Kegel nach jedem Bohrloch. Ist einer heißer als die anderen, untersuchen Sie die Ursache, bevor der Bohrer wieder eingesetzt wird.

Checkliste für den Bediener

Es sind diese kleinen Gewohnheiten, die ein Produkt, das seine gesamte Lebensdauer erreicht, von einem unterscheiden, das frühzeitig ausstirbt:

Führe einen neuen Bit aus.Ein brandneuer Bohrer hat neue Lager mit geringem Spiel. Setzt man ihn gleich mit voller Belastung ein, können die Lager fressen, bevor sie sich einlaufen konnten. Bohren Sie die ersten Meter mit reduzierter Belastung und erhöhen Sie diese dann auf normal. Diese Einlaufphase ist eine günstige Versicherung für das teuerste Bauteil der Bohrmaschine.

Halten Sie das Loch sauber.Metallische Gegenstände – wie ein abgebrochener Bohrerschaft, ein heruntergefallenes Werkzeug oder ein Stück Bewehrungsstahl – zerstören einen Dreikegelbohrer bei Kontakt. Halten Sie den Halsbereich sauber. Achten Sie darauf, dass keine metallischen Teile in das Bohrloch gelangen.

Kragen gerade.Ein schiefer Anlauf führt ab der ersten Umdrehung zu einer Biegebelastung des Fräsers. Die Kegel schneiden nicht gleichmäßig. Die Anschlagreihe verschleißt ungleichmäßig. Die Lager werden außermittig belastet. Beginnen Sie langsam und gerade, und der Fräser läuft über seine gesamte Lebensdauer präzise.

Unterbrechen Sie niemals die Luftzufuhr, solange sich der Bohrer im Bohrloch befindet.Bohrspäne setzen sich in den Lagerkanälen und Kegelspalten ab. Die nächste Umdrehung schleift sie in die Lager ein. Falls Sie den Bohrvorgang unterbrechen müssen, heben Sie den Bohrer vom Bohrlochgrund ab und sorgen Sie für ausreichende Luftzufuhr, bis das Bohrloch sauber ist.

Drehen Sie die Kegel bei jedem Stillstand manuell.Wenn der Bohrer längere Zeit im Bohrloch verbleibt, drehen Sie die Kegel regelmäßig von Hand und blasen Sie Luft durch, um die Lager gängig zu halten. Ein Lager, das zu lange unter Last im Bohrgut steht, wird beim Neustart schwergängig sein.

Verwenden Sie keine verbogenen Bohrstangen.Eine verbogene Stange überträgt eine Pendelbewegung auf den Meißel. Der Meißel läuft unrund. Eine Seite der Anschlagreihe ist dem gesamten Verschleiß ausgesetzt. Die Lager werden zyklischen Seitenkräften ausgesetzt. Eine verbogene Stange ist der schnellste Weg, einen ansonsten intakten Meißel zu ruinieren.

Der Stabilisatoreffekt

Ein direkt über dem Bohrmeißel montierter Stabilisator verändert die Bohrdynamik. Er zentriert den Bohrmeißel im Bohrloch, wodurch die Kegel gleichmäßig schneiden, die Führungsleiste gleichmäßig verschleißt und die Lager axial statt schräg belastet werden. Das Ergebnis sind weniger Vibrationen, geringere Abweichungen und eine messbar längere Standzeit des Bohrmeißels.

Stabilisatoren mit hartmetallbeschichteten oder karbidgeschützten Kontaktflächen haben eine längere Lebensdauer als Stabilisatoren aus einfachem Stahl. Wenn der Stabilisator zu klein wird, erfüllt er seine Funktion nicht mehr – der Bohrmeißel beginnt zu wandern, und es kommt wieder zu ungleichmäßiger Belastung. Achten Sie daher genauso sorgfältig auf den Außendurchmesser des Stabilisators wie auf die Bohrmeißelstärke.

Das Muster

Ein Dreikegelbohrer, der im Bergbau frühzeitig ausfällt, ist üblicherweise auf eines von drei Problemen zurückzuführen: die falsche Zahnform für das Gestein, Betriebsparameter, die die Lager überlasteten, oder eine unsachgemäße Bedienung, die zu einer übermäßigen Beschädigung führte. Der Bohrer selbst war wahrscheinlich in Ordnung.

Passen Sie die Zahnform an die jeweilige Formation an. Optimieren Sie die Lagerparameter, nicht nur die Bohrleistung. Entwickeln Sie Arbeitsgewohnheiten, die den Bohrmeißel schonen. Und verwenden Sie einen Stabilisator. All das ist nicht teuer. Und es bringt zusätzliche Meter.