Warum Ihre Gewindebohrer versagen: Eine Schadensanalyse, die den Schaden aufzeigt

Ein Bohrer, der sich allmählich abnutzt und am Ende seiner Lebensdauer ausgemustert wird, erfüllt seinen Zweck. Ein Bohrer, der in den ersten zehn Metern des Bohrlochs die Einsätze verliert oder beim dritten Einsatz am Gewindegrund bricht – das ist kein Problem des Bohrers. Das ist ein Warnsignal.

Diese Zahl sollte Ihnen zu denken geben: Bei einem gut konstruierten Bohrmeißel, der unter optimalen Bedingungen eingesetzt wird, sind 16 % bis 67 % der Ausfälle auf normalen Verschleiß zurückzuführen. Je besser der Bohrmeißel, desto höher dieser Prozentsatz. Liegt Ihre Verschleißquote im niedrigen Bereich oder treten Ausfälle von Wendeschneidplatten und Gehäusebrüche regelmäßig statt als Ausnahme auf, stimmt etwas in der Kette nicht – sei es die Auswahl, die Bedienung oder die Qualität des Lieferanten.

Lassen Sie uns die vier Arten des Versagens von Threads durchgehen und was jede einzelne davon bedeutet.

1. Beschädigte und abgesplitterte Einsätze – Die plötzlichen

Ein Hartmetalleinsatz, der zerbricht oder absplittert, hatte nicht einfach nur einen schlechten Tag. Eines von vier Dingen ist passiert:

Das falsche Teil für den Felsen.Die häufigste und am besten vermeidbare Ursache: Harte, abrasive Gesteinsformationen erfordern Wendeschneidplatten mit höherer Verschleißfestigkeit – typischerweise mit geringerem Kobaltgehalt und feinerer Körnung. Zerklüfteter, blockiger Boden benötigt Wendeschneidplatten mit höherer Zähigkeit – mit mehr Kobalt und gröberer Körnung. Wenn Sie Wendeschneidplatten in abrasivem Boden bearbeiten, ist die Sorte wahrscheinlich zu weich. Wenn Sie Wendeschneidplatten in zerklüftetem Boden bearbeiten, ist die Sorte wahrscheinlich zu spröde. Die Beschaffenheit des Gesteins gibt Ihnen die benötigte Sorte vor. Sie müssen nur darauf achten, bevor Sie bestellen.

Probleme mit der internen Hartmetallqualität.Wolframkarbid ist nicht gleich Wolframkarbid. Reinheit des Rohmaterials, Korngrößenverteilung und Sinterqualität beeinflussen die Zähigkeit der Wendeschneidplatten. Eine Charge Wendeschneidplatten eines Herstellers, der bei der Pulverqualität oder der Sinterzeit gespart hat, bricht bereits bei Stoßenergien, die eine fachgerecht gefertigte Wendeschneidplatte problemlos übersteht. Dies ist im praktischen Einsatz schwer zu diagnostizieren, aber wenn eine Charge von Wendeschneidplatten desselben Herstellers unter Bedingungen, unter denen andere Marken bestehen, alle auf die gleiche Weise versagen, ist das verwendete Hartmetall der entscheidende Faktor.

Beschädigungen bei der Montage des Bohrers.Das Einpressen von Einsätzen in den Bohrkopf erfordert höchste Präzision. Bei zu starkem Druck entsteht im Einsatzkörper bereits vor dem Kontakt mit Gestein eine Zugspannung – eine Vorspannung, die die Stoßbelastung erhöht und die Bruchsicherheit verringert. Beschädigungen des Einsatzes beim Handling oder Einpressen – beispielsweise Mikrorisse durch unsachgemäße Fixierung – können sich nach einigen hundert Schlägen zu Makrorissen ausweiten.

Bedienungsfehler.Wird beim Bohren zu viel Vorschubdruck verwendet, schlägt der Bohrer gegen unebenes Gestein, bevor er sich stabilisieren kann. Der Einsatz eines Bohrers mit stumpfen, abgeflachten Schneidplatten verstärkt die Belastung, da sich die Energie auf eine kleinere Kontaktfläche konzentriert. Beides lässt sich durch Schulung und Sorgfalt vermeiden, tritt aber auf Baustellen, wo der Druck durch zu hohe Geschwindigkeit die korrekte Vorgehensweise außer Kraft setzt, immer wieder auf.

2. Einfüge-Fallout – Das Presspassungsproblem

Wenn sich ein Einsatz bereits nach wenigen Metern aus dem Bohrkörper löst, handelt es sich mit hoher Wahrscheinlichkeit um einen Herstellungsfehler. Die Presspassung – also das Verhältnis von Einsatzgröße zu Bohrung – ist fehlerhaft, die Bohrungsgeometrie stimmt nicht oder der Pressvorgang hat zu Beschädigungen geführt.

Ein Einsatz, der gegen Ende der Standzeit des Bohrers herausfällt, insbesondere ein Einsatz der Messreihe, deutet auf ein anderes Problem hin. Die Außenkante der Messreihe ist dem größten Verschleiß und den höchsten Biegebelastungen ausgesetzt. Ist die Geometrie der Messreihe – Flankenwinkel, Freiwinkel, Überstand des Einsatzes – nicht optimal an die Formation angepasst, werden diese äußeren Einsätze stärker belastet als die Einsätze der Stirnreihe. Sie verschleißen schneller, und sobald der Verschleiß so weit fortgeschritten ist, dass der Einsatzkörper nicht mehr vollständig vom Bohrstahl gestützt wird, lockern sie sich.

Wenn ein Einsatz in der Bedienfeldreihe ausfällt, während die Messreihe in Ordnung ist, deutet dies in der Regel auf ein Problem im Bedienfelddesign hin – entweder belastet das Platzierungsmuster des Einsatzes einen einzelnen Knopf zu stark oder die Anordnung der Spülnut führt zu ungleichmäßiger Kühlung und thermischer Belastung.

Im Idealfall verschleißen Einsätze und Bohrkörper annähernd gleich schnell. Verschleißt der Stahl des Bohrkörpers schneller als die Einsätze, bleiben die Einsätze überstehen und können höhere Biegebelastungen aufnehmen. Verschleißen die Einsätze hingegen schneller als der Bohrkörper, nimmt dieser den Gesteinskontakt auf und verglast. Gleichmäßiger Verschleiß sorgt für die längste Standzeit des Bohrers.

3. Bohrkörperbruch – Der strukturelle Bruch

Brüche am Bohrkopf sind fast immer auf Materialermüdung zurückzuführen. Der Bohrkopf ist Millionen von Stoßzyklen ausgesetzt, und wenn die Spannung an irgendeiner Stelle die Dauerfestigkeit des Stahls überschreitet, entsteht ein Riss, der sich ausbreitet.

Sieben Faktoren tragen dazu bei:

Materialauswahl.Der Stahl für den Bauteilkörper muss über eine ausreichende Zugfestigkeit verfügen, um die Stoßbelastungen aufzunehmen, und über eine ausreichende Dauerfestigkeit, um diese millionenfach zu bewältigen. Billige Stähle mit geringer Dauerfestigkeit reißen frühzeitig.

Geometrie.Scharfe Kanten, abrupte Querschnittsänderungen und unzureichende Abrundungsradien führen zu Spannungskonzentrationen. Ein gut konstruierter Bohrkörper weist sanfte Übergänge zwischen den Querschnitten auf, mit großzügigen Radien an jeder Kante. Treten Brüche an derselben geometrischen Stelle bei mehreren Bohrern auf, liegt ein Konstruktionsproblem mit Spannungskonzentration vor.

Wärmebehandlung.Der Werkstoff benötigt ein spezifisches Härteprofil: Die Oberfläche muss hart genug sein, um abrasivem Verschleiß durch Schneidarbeiten zu widerstehen, der Kern muss jedoch zäh genug sein, um der Ausbreitung von Ermüdungsrissen entgegenzuwirken. Untervergüteter Stahl ist spröde, übervergüteter Stahl weich. Beide versagen frühzeitig, jedoch auf unterschiedliche Weise.

Oberflächenbeschaffenheit.Tiefe Bearbeitungsspuren, scharfe Werkzeugrillen und unsaubere Übergänge wirken als Ausgangspunkte für Ermüdungsrisse. Ein Bohrerkörper mit rauer Oberfläche ist im Grunde bereits vorgerissen.

Gewindedesign.Das Gewinde, das den Bohrer mit der Stange verbindet, stellt eine natürliche Spannungskonzentration dar. Die Wandstärke hinter dem Gewindegrund, das Gewindeprofil und der Übergang vom Gewindeteil zum Gewindekörper beeinflussen die Dauerfestigkeit.

Passung von Stange zu Bohrer.Wenn das Gewinde von Stange und Meißel nicht zusammenpasst – beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Hersteller oder Toleranzklassen –, verteilt sich die Last ungleichmäßig auf die Gewindegänge. Das erste Gewinde wird unverhältnismäßig stark beansprucht und ermüdet zuerst.

Stahlreinheit.Einschlüsse im Stahl – Oxide, Sulfide, nichtmetallische Partikel – wirken als innere Spannungskonzentratoren. Ein reiner Stahl mit geringem Einschlussgehalt weist eine höhere Dauerfestigkeit auf als ein verunreinigter Stahl mit gleicher chemischer Zusammensetzung und Härte.

4. Normale Abnutzung – Die gute Art

Ein Bohrer, der so lange bohrte, bis die Einsätze abgenutzt waren und nicht mehr eindrangen, hat seinen Zweck erfüllt. Die Einsätze verschlissen allmählich, der Stahlkörper erodierte parallel zum Hartmetall, und es kam zu keinem katastrophalen Bruch.

Eine Baustelle, auf der 60 % oder mehr der Bohrmeißel aufgrund normalen Verschleißes ausgemustert werden, ist gut geführt. Die Bohrmeißel sind optimal auf das Gestein abgestimmt. Die Bediener wissen, was sie tun. Der Lieferant liefert gleichbleibende Qualität.

Liegt dieser Wert unter 30 %, ist ein anderer Faktor für Ihre Ausfälle verantwortlich – beispielsweise gebrochene oder herausgefallene Einsätze oder Gehäusebrüche. Jeder dieser Faktoren hat unterschiedliche Ursachen. Ermitteln Sie, welcher Faktor den größten Anteil ausmacht, und gehen Sie von dort aus mit der Diagnose rückwärts vor.

Dem Bit ist es egal, warum es fehlgeschlagen ist. Dir aber schon.