Funktionsweise von Bohrhammern (DTH-Hämmern) für das Drehschlagbohren
Das Rotationsbohrverfahren mit Impulswirkung nutzt einen Bohrhammer (DTH-Hammer) zwischen dem unteren Ende des rotierenden Bohrgestänges und der Kernbohr-/Bohreinheit. Dadurch wirken Impulse, axiale Belastung des Bohrers und das Drehmoment des Bohrgestänges gleichzeitig auf den Bohrer ein und ermöglichen so sowohl das Bohren als auch die Kerngewinnung. Dieses Verfahren wurde Anfang des 19. Jahrhunderts in Europa entwickelt. In China begann die Forschung 1958, und die Entwicklung nahm in den 1970er Jahren Fahrt auf. Zu den Hauptvorteilen zählen deutlich höhere Bohrgeschwindigkeiten in Hartgestein, ein größerer Vorschub pro Bohrvorgang, eine geringere Bohrlochabweichung und signifikant niedrigere Bohrkosten. Rotationsbohren mit Impulswirkung wird mit zwei Hammertypen realisiert: flüssigkeitsbetriebenen Hämmern, die durch die Bohrflüssigkeit angetrieben werden (spülflüssigkeitsbetriebenes oder hydraulisches DTH-Verfahren), und luftbetriebenen Hämmern, die mit Druckluft betrieben werden (pneumatisches DTH-Verfahren). Im Folgenden wird das spülflüssigkeitsbetriebene (hydraulische) Rotationsbohrverfahren mit Impulswirkung näher betrachtet.
Schlammbetriebenes Schlag-Rotationsbohrsystem: Bei einem schlammbetriebenen System befördert eine Schlammpumpe Bohrflüssigkeit durch das Bohrgestänge in den Hammer. Dieser treibt einen Hydraulikhammer an, der Schläge auf das innere Kernrohr und den Bohrmeißel ausübt. Das Bohrgestänge wird von der Bohranlage gedreht und beschwert, um Drehmoment und axiale Belastung zu erzeugen. Dieses Verfahren kann mit Drahtseil-Kernbohrgeräten kombiniert werden; in diesem Fall spricht man von drahtseilbetriebenem schlammbetriebenem DTH-Rotationskernbohren. Vor Beginn der Bohrung werden der schlammbetriebene Hammer und das innere Kernrohr (das am Drahtseil-Bergungskopf hängt) von der Oberfläche in das Kernrohr abgesenkt. Anschließend wird Bohrflüssigkeit in das Bohrgestänge gepumpt, um den Hammer für das Bohren und Kernbohren anzutreiben. Am Ende des Bohrvorgangs werden Hammer und inneres Kernrohr mithilfe eines dünnen Stahlseils und eines Bergungswerkzeugs, das von einer speziellen Winde betätigt wird, wieder an die Oberfläche gezogen.
Arten von Bohrhammern und Auswahl des Bohrmeißels: Bohrhämmer (hydraulische Hämmer) sind die wichtigsten Werkzeuge für das Drehbohren mit Schlagwirkung. Nach ihrem Funktionsprinzip werden sie in drei Typen unterteilt: vorwärtswirkende, doppelwirkende und rückwärtswirkende Hämmer. Bezüglich der Schlagfrequenz lassen sie sich in zwei Kategorien einteilen: Hochfrequenzhämmer (über 40 Hz), die mit Diamantbohrmeißeln eingesetzt werden können und hauptsächlich auf Rotation mit Schlagwirkung als zusätzlichem Brechmechanismus basieren (oft als Bohrhammer mit Schlagwirkung bezeichnet); und Niederfrequenzhämmer (unter 40 Hz), die typischerweise mit Hartmetall- oder Hartmetallbohrmeißeln kombiniert werden und primär auf Schlagwirkung mit Rotation als zusätzlicher Wirkung basieren (häufig als Bohrhammer mit Schlagwirkung bezeichnet).
