Kann ein Knopfbohrer mit erhöhtem Zentrum das Bohrgut länger halten, ohne die Eindringtiefe zu beeinträchtigen?
Wenn ein Gewindeschneidknopf-Fräser ausgemustert wird, liegt das oft nicht daran, dass alle Hartmetallknöpfe versagt haben.
Das liegt daran, dass das Bohrteil an Spannung verloren hat.
Sobald der Außendurchmesser unter den zulässigen Grenzwert abgenutzt ist, wird das Bohrloch zu klein. Dies führt zu Folgeproblemen: ungenaues Bohrloch, Schwierigkeiten beim Laden, unzuverlässige Ankerlochqualität und weniger vorhersehbare Sprengergebnisse. Im Bergbau und Tunnelbau kann ein Bohrer, der seinen Durchmesser nicht mehr hält, weit mehr als nur die Kosten pro Meter verursachen.
Die naheliegende Lösung scheint einfach: mehr Anzeigeknöpfe hinzufügen.
Doch die Entwicklung von Button-Bits ist nie so einfach.
Die Stirnfläche bietet nur begrenzten Platz. Zusätzliche oder größere Hartmetallspitzen können die Schlagkraft an jeder Spitze verringern. Eine ungünstige Stirnflächengestaltung kann zudem die Spülung behindern und den Abtransport des Bohrguts erschweren. Dies kann zu langsamerem Bohren, verstärktem Wiederzerkleinern oder beschleunigtem Verschleiß an anderen Stellen des Bohrers führen.
Eine erhöhte Mittelpartie ist ein Lösungsansatz für dieses Designproblem.
Warum der Messverlust so wichtig ist
Die Messknöpfe befinden sich am äußeren Rand des Bohrers. Ihre Aufgabe ist es, den Bohrlochdurchmesser während des Bohrvorgangs und der Rotation des Bohrers konstant zu halten. Sie sind starker Abnutzung durch die Bohrlochwand ausgesetzt, insbesondere in hartem oder abrasivem Gestein.
Wenn die Einstellknöpfe verschleißen, beginnt der Bohrer, ein kleineres Loch zu bohren. Das mag zunächst unbedeutend erscheinen, aber die Auswirkungen können sich summieren:
Der Lochdurchmesser wird weniger einheitlich.
Die Ausrichtung der Bohrlöcher kann beeinträchtigt werden.
Nachfolgende Spreng- oder Verschraubungsarbeiten werden weniger vorhersehbar.
Die Nachschleifintervalle können sich verkürzen.
Der Bohrer erreicht seinen Abfalldurchmesser früher.
Für Bohrunternehmer ist die Standzeit des Gewindebohrers oft ein entscheidender Kostenfaktor. Ein Bohrer mit hervorragender Bohrleistung, aber kurzer Standzeit ist möglicherweise nicht das wirtschaftlichste Werkzeug für den jeweiligen Einsatz.
Die Herausforderung besteht darin, den Bohrschutz zu verbessern, ohne eine Oberfläche zu schaffen, die sich schlecht bohren lässt.
Der Kompromiss bei herkömmlichen Bit-Flächen
Bei herkömmlichen Knopfbohrern ist der Platz begrenzt. Messknöpfe, Frontknöpfe, Spülbohrungen und Nuten konkurrieren alle um denselben Bereich.
Eine Erhöhung der Anzahl der Messnoppen kann den Verschleiß besser verteilen und den Durchmesser erhalten. Allerdings kann dadurch auch der Platz für die Spülbohrungen verringert werden. Können die Bohrspäne nicht effizient aus der Bohrung abgeführt werden, können sie unter dem Bohrer erneut zerkleinert werden. Dies führt zu einem Verlust an Aufprallenergie und kann das Bohren verlangsamen.
Die Verwendung größerer Hartmetallknöpfe bringt einen weiteren Kompromiss mit sich. Die verfügbare Aufprallenergie verteilt sich auf mehr Kontaktpunkte. Ist die Anordnung nicht sorgfältig ausgelegt, kann die auf jeden Knopf wirkende Druckkraft abnehmen. In hartem Gestein kann dies die Effizienz des Zerkleinerungsprozesses verringern.
Deshalb sollte ein Tastenbit nicht allein anhand der Tastenanzahl ausgewählt werden. Position, Höhe, Winkel, Einbaumaß und Oberflächenprofil beeinflussen die Funktion.
Was ein erhabenes Zifferblatt verändert
Durch die erhöhte Mitte wird ein Teil der Frontplatte über das Niveau der Instrumententasten angehoben. Einige wenige zentrale oder vordere Tasten sitzen etwas höher als die äußeren Tasten, wodurch eine markantere Stufe im Frontplattenprofil entsteht.
Diese zusätzliche vertikale Dimension gibt dem Designer mehr Gestaltungsspielraum.
Der Bohrer bietet Platz für zusätzliche Messknöpfe und lässt gleichzeitig ausreichend Raum für größere Spüllöcher und Entwässerungsrillen. Die erhöhte Mitte ermöglicht zudem eine leicht vertiefte Bohrlochsohle. Dies beeinflusst den Eingriff der vorderen Messknöpfe in das Gestein und den Abtransport des Bohrkleins aus der Brechzone.
Ziel ist es nicht einfach, das Gesicht komplizierter zu gestalten. Ziel ist es, das Verhältnis zwischen drei gegensätzlichen Bedürfnissen zu verbessern:
Messgeräteschutz
Gesteinsbrechleistung
Evakuierung der Schnittflächen
Wenn diese drei Elemente im Gleichgewicht sind, kann der Bohrer den Durchmesser länger halten und gleichzeitig einen produktiven Bohrzyklus gewährleisten.
Durch besseres Spülen lässt sich unnötiges erneutes Zerkleinern reduzieren.
Die Bedeutung des Spülens wird leicht unterschätzt, bis es zu einem Problem wird.
Wenn Gesteinsbruch am Bohrlochgrund zurückbleibt, verbraucht der Bohrer Energie, um bereits zerkleinertes Material erneut zu zerkleinern. Dies wird oft als Nachzerkleinerung bezeichnet. Dadurch wird das Bohrloch nicht effizient vorangetrieben, und es kann zu erhöhter Hitzeentwicklung und Verschleiß an der Bohrkopffläche kommen.
Eine erhöhte Meißelkonstruktion schafft mehr Platz für größere oder besser positionierte Spülkanäle. Verbessert die Spülanordnung den Wasser- und Bohrgutabfluss, können Bohrspäne schneller abtransportiert werden. Dadurch greifen die Hartmetallspitzen gleichmäßiger in das frische Gestein ein.
Das Ergebnis könnte ein saubererer Bohrvorgang, weniger sekundäre Brüche und eine stabilere Bohrleistung sein.
Der tatsächliche Nutzen hängt von der Gesteinsart, den Bohrparametern, den Spülbedingungen (Luft oder Wasser) und dem restlichen Bohrgestänge ab. Das Prinzip ist jedoch unbestritten: Eine Meißelspitze, die das Bohrklein effektiv abführt, ermöglicht ihren Hartmetallspitzen eine optimale Arbeitsleistung.
Mehr Knöpfe bedeuten nicht automatisch langsameres Bohren
Es ist berechtigt, sich Sorgen zu machen, dass das Hinzufügen von Messknöpfen die Aufprallenergie verringert.
Eine gut gestaltete, erhöhte Schlagfläche kann dieses Problem jedoch beheben, indem sie die Höhe und den Eingriff der vorderen Tasten steuert. Anstatt jede Taste auf exakt dieselbe Weise mit dem Fels in Kontakt zu bringen, kann das abgestufte Profil die Art und Weise, wie die Schlagfläche den Fels bricht, gezielt beeinflussen.
Die erhabenen vorderen Tasten leiten das Bruchmuster ein. Messtasten halten die Lochwand stabil. Größere Spülbohrungen erleichtern den Abtransport der Späne. Die Stirnfläche ist als System konzipiert, nicht als Ansammlung einzelner Hartmetalleinsätze.
Dieser Unterschied ist wichtig.
Ein schlecht konstruierter Bohrer mit zu vielen Noppen kann die Bohrgeschwindigkeit verringern. Ein optimal konstruierter Bohrer mit verbessertem Stirnprofil kann die Bohrtiefe erhöhen, indem er das erneute Zerkleinern des Bohrguts reduziert und den Abtransport des Bohrguts verbessert.
Deshalb sind Feldversuche weiterhin unerlässlich. Derselbe Bohrer kann sich in abrasivem Granit, geklüftetem Gestein, nassem Boden oder in einem Tunnelvortrieb mit wechselnder Geologie unterschiedlich verhalten.
Wo Knopfbits mit erhabener Mitte nützlich sein können
Gewindeschneidköpfe mit erhöhtem Zentrierpunkt eignen sich möglicherweise für Anwendungen, bei denen die Bohrungsqualität und die Standzeit der Messlehre besonders wichtig sind, einschließlich:
Untertagebau
Tunnelortbrustbohrung
Produktionsbohrungen in abrasiven Formationen
Dachverankerungs- und Bodenstützlöcher
Projekte, bei denen die genaue Kragenform und der Lochdurchmesser die nachfolgenden Arbeiten beeinflussen
Sie stellen keine Universallösung für jedes Bohrproblem dar. Bei der Auswahl des Bohrers müssen weiterhin die Gesteinshärte, die Abrasivität, der Bohrertyp, der Bohrlochdurchmesser, die Spülbedingungen und das erforderliche Bohrmuster berücksichtigt werden.
Eine gut angepasste konventionelle Stirnfläche kann in vielen Situationen nach wie vor die richtige Wahl sein. Der Vorteil einer Konstruktion mit erhöhtem Mittelpunkt zeigt sich, wenn Verschleiß der Messlehre, unzureichende Spülung oder übermäßiges Nachschleifen zu wiederkehrenden Kostenfaktoren geworden sind.
Was vor einer Änderung des Bit-Designs zu prüfen ist
Vor dem Wechsel zu einem neuen Gewindeschneidkopfprofil sollten die aktuellen Bohrergebnisse überwacht werden.
Achten Sie auf Verschleiß der Bohrlehre, Bohrgeschwindigkeit, Bruch des Bohrkopfes, Verschleiß des Bohrkopfes, Bohrlochgenauigkeit, Spülverhalten und Nachschleifintervalle. Diese Beobachtungen helfen festzustellen, ob das eigentliche Problem im Bohrkopfdesign, den Bohrparametern, unzureichender Spülung, mangelhafter Ausrichtung oder einer Diskrepanz zwischen Bohrkopf und Gesteinsbeschaffenheit liegt.
Vergleichen Sie anschließend die Kandidatenentwürfe durch kontrollierte Feldversuche.
Der beste Knopfbohrer ist nicht immer der mit dem meisten Hartmetall, dem größten Spülloch oder der aggressivsten Schneidfläche. Er ist derjenige, der die Bohrtiefe konstant hält, effizient bohrt und im Gestein vorhersehbare Kosten pro gebohrtem Meter liefert.
Eine erhöhte Mittelfläche ist ein weiteres technisches Hilfsmittel, um diese Balance zu erreichen.
