DTH-Hammerausfälle in Hartgesteinsverhältnissen – Ursachen für vier Hauptfehlertypen
Bohrhämmer, die beim Hartgesteinsbohren eingesetzt werden, sind aufgrund der hohen Gesteinshärte, der starken Bohrkräfte und der rauen Betriebsbedingungen anfällig für verschiedene Störungen. Diese Störungen beeinträchtigen direkt die Bohrgeschwindigkeit, die Bohrlochqualität und die Lebensdauer der Ausrüstung. Ausgehend von den typischen Bedingungen beim Hartgesteinsbohren lassen sich häufige Ausfälle in vier Kategorien einteilen: verminderte Schlagleistung, mechanischer Verschleiß/Festklemmen, Probleme mit dem Bohrkleinabfuhrsystem und Störungen der Kraftübertragung. Im Folgenden werden die Symptome und Ursachen jeder Kategorie erläutert.
Leistungsabfall beim Aufprall. Dies ist einer der häufigsten Fehler und äußert sich in einem plötzlichen Abfall der Gesteinsbrechleistung: reduzierte Aufprallkraft, geringere Aufprallfrequenz und ein Bohrer, der hartes Gestein nicht mehr effektiv brechen kann, wodurch sich das Eindringen drastisch verlangsamt oder ganz zum Erliegen kommt. Hauptursachen sind:
1.1 Probleme der Energieversorgung
Bei pneumatischen Hämmern führen ein unzureichender Kompressordruck (unterhalb des für hartes Gestein üblicherweise benötigten Bereichs von 0,6–1,2 MPa), ein instabiler Luftstrom oder Leckagen/Verstopfungen in den Zuleitungen zu einer Verringerung des für den Kolbenantrieb verfügbaren Drucks.
Bei Hydraulikhämmern verringern niedriger Pumpendruck oder verstopfte Hydraulikkreisläufe durch verunreinigtes Öl die Hammerantriebskraft.
Verunreinigungen im Energiemedium (Feuchtigkeit oder Staub in Druckluft; Metallpartikel im Hydrauliköl) beschleunigen den Dichtungsverschleiß und verringern die Effizienz des Mediums zusätzlich.
1.2 Interne Durchfluss- oder Ventilausfälle
Ventilhämmer sind oft anfällig für Verschleiß, Verformung oder Verklemmen der Ventilplatten, was ein rechtzeitiges Schalten der Ventile stört und eine hochfrequente Kolbenbewegung verhindert.
Ventillose Konstruktionen können durch Verschleiß oder Verstopfung der Kolben-/Zylinderströmungsnuten beeinträchtigt werden; Späneansammlungen verzögern die Strömungsumkehr, stören den Stoßzyklus und reduzieren die Stoßenergie stark.
1.3 Probleme mit der Kolben-Bit-Schnittstelle
Hochfrequente Stöße führen zu Verschleiß an der Kolbenfläche und am Meißelende, wodurch sich die Kontaktspalte vergrößern und Energieübertragungsverluste entstehen.
Eine exzentrische Montage des Bohrers oder lockere Positionierstifte verursachen außermittige Treffer, wodurch die Aufpralleffizienz verringert und der lokale Verschleiß beschleunigt wird.
Mechanischer Verschleiß, Festfressen und Strukturversagen sind Hauptursachen für Ausfallzeiten. Unter wiederholter Belastung und Drehmoment können mechanische Teile übermäßig verschleißen, festfressen oder brechen. Typische Anzeichen und Ursachen sind:
2.1 Kolbenfresser und -verschleiß
Hohe Belastungen erhöhen die Reibung zwischen Kolben und Zylinder. Unzureichende Schmierung (z. B. versäumte Schmierintervalle bei Presslufthämmern oder verbrauchtes Hydrauliköl) und das Eindringen von Gesteinsspänen verringern das Spaltmaß und können zum Festfressen des Kolbens führen. Langfristiger, hochfrequenter Betrieb verschleißt ebenfalls die Kolbenoberflächen und kann Risse verursachen; in schweren Fällen kann der Kolben brechen.
2.2 Beschädigung des Bohrstrangs
Das Bohrgestänge überträgt das Drehmoment und stützt den Hammer. Ist die Materialfestigkeit des Gestänges unzureichend, sind die Gewinde locker oder tritt eine Abweichung im Bohrloch auf, kann das Gestänge zusätzlichen Biegemomenten ausgesetzt sein, die zu Knicken, Verformung oder Gewindebruch führen. Abrieb durch Gesteinsbohrgut an der Außenwand beschleunigt den Verschleiß zusätzlich und verkürzt die Lebensdauer.
2.3 Beschädigung von Fugen und Dichtungen
Vorder- und Hinterachs-Subwoofer sind kritische Verbindungselemente; starke Vibrationen und Drehmomente können Gewinde beschädigen oder verformen. Dichtungen (O-Ringe, Dichtringe), die abrasiven Medien und hohen Temperaturen ausgesetzt sind, altern und reißen, was zu Leckagen des Energiemediums führt und das Eindringen von Spänen in die internen Baugruppen ermöglicht, wodurch der Verschleiß beschleunigt wird.
Störungen im Bohrgutabfuhrsystem: Hartes, grobes Bohrgut, das beim Hartgesteinbohren entsteht, erfordert eine zuverlässige Abfuhr. Funktioniert das Bohrgutabfuhrsystem nicht optimal, führt dies zu Verstopfungen des Bohrlochs, unzureichender Abfuhr und erhöhtem Bohrwiderstand – bis hin zum Festklemmen des Bohrgestänges. Hauptursachen sind:
3.1 Unzureichendes Spülmedium oder Durchfluss
Pneumatische Hämmer mit zu geringer Spülluft oder hydraulische Hämmer mit unzureichendem Spülflüssigkeitsdurchfluss können Bohrklein am Bohrlochgrund nicht zügig entfernen. Längerer Abrasivstofffluss verschleißt und verformt zudem Transportkanäle (z. B. die Meißelmitte oder die Kolbenbohrung), wodurch sich die Kanäle verengen und die Förderleistung sinkt.
3.2 Fehlende Übereinstimmung der Bohrparameter und der Bohrgutabfuhr
Eine zu hohe Eindringgeschwindigkeit kann zu mehr Bohrgut führen, als das Abfuhrsystem transportieren kann. Falsche Drehzahl- oder Schubkrafteinstellungen können zu zu grobem Bohrgut führen, das die Durchflusskanäle nicht passieren kann und so zu Ansammlungen und Verstopfungen führt.
3.3 Bohrlochabweichung und Bohrkleinablagerung
Durch die Abweichung des Bohrlochs entstehen Vertiefungen, in denen sich Bohrklein sammelt und vom Spülmedium nicht effektiv abtransportiert wird. Mit der Zeit bildet sich aus diesen Ablagerungen ein verdichtetes Bohrkleinbett, das den Vorschub des Hammers und die Funktion des Meißels behindert.
Kraftübertragungsstörungen: Diese Störungen unterbrechen den Bohrvorgang, wenn die Drehmomentübertragung ausfällt oder die Aufprallenergie den Bohrmeißel nicht erreicht. Sie treten häufig an den Schnittstellen zwischen Bohrgestänge und Hammer sowie zwischen Hammer und Bohrmeißel auf. Ursachen sind unter anderem:
4.1 Lose oder beschädigte Verbindungen
Gelockerte oder beschädigte Gewinde zwischen dem Bohrgestänge und dem hinteren Hammerarm oder Verschleiß an den Positionierstiften oder Verzahnungen verhindern eine zuverlässige Drehmomentübertragung und stoppen die Drehung des Hammers mit dem Bohrgestänge.
Abgenutzte oder verformte Verbindungselemente zwischen Bohrkopf und Meißel (Sicherungsmuttern, Sprengringe usw.) können dazu führen, dass sich die Meißel lockern, was zu Trockenschlägen führt, bei denen die Energie nicht auf das Gestein übergeht und die synchrone Rotation verloren geht, was einen ungleichmäßigen Verschleiß der Schneidwerkzeuge zur Folge hat.
4.2 Bit-Beschädigung verursacht Übertragungsfehler
Verschleiß, Absplitterungen oder Verlust der Schneidwerkzeuge (Wolframkarbid-Knöpfe, PDC-/Diamantschneidwerkzeuge) verhindern ein effektives Eindringen in das Gestein. Die Aufprallenergie wird dadurch nicht mehr über die Schneidwerkzeuge auf das Gestein übertragen, sondern in das Innere des Hammers zurückreflektiert, was die internen Stoßbelastungen erhöht und zu Folgeschäden führt.
Zusammenfassung und Haupteinflussfaktoren Zusammenfassend lässt sich sagen, dass häufige Ausfälle von DTH-Hämmern beim Hartgesteinbohren auf die charakteristischen Merkmale der Arbeit zurückzuführen sind: hohe Belastungen und raue Umgebungsbedingungen. Die wichtigsten Einflussfaktoren lassen sich in drei Gruppen einteilen:
Unzureichende Ausrüstungsanpassung: Hammermodell, Meißeltyp oder Komponentenmaterialien sind nicht auf die Hartgesteinsbedingungen abgestimmt.
Unsachgemäße Bedienung und Wartung: ungeeignete Bohrparameter, mangelnde regelmäßige Reinigung oder Schmierung sowie verzögerter Austausch verschlissener Teile.
Mangelhafte Koordination der Hilfssysteme: instabile Stromversorgung und ein Missverhältnis zwischen der Förderleistung für Bohrklein und dem Bohrzyklus.
Das Verständnis dieser Grundursachen bildet die Grundlage für gezielte Fehlersuche und Präventivmaßnahmen, um ein kontinuierliches und effizientes Bohren in Hartgestein zu gewährleisten.
