Wie funktionieren Gesteinsbohrer und -spalter an einem Bagger?

Ein Gesteinsbohrer und -spalter mit Bagger übernimmt zwei Aufgaben, für die früher zwei separate Maschinen nötig waren: Er bohrt ein präzises Loch in den Fels und nutzt dasselbe Loch dann, um einen Hydraulikkeil einzuführen und das Material entlang einer kontrollierten Linie zu brechen. Da beide Funktionen am selben BaggerAusleger montiert sind, kann ein einziger Bediener den gesamten Bohr- und Spaltzyklus durchführen, ohne Anbaugeräte zu wechseln oder zwischen Maschinen zu pendeln. Wenn man den Ablauf Schritt für Schritt durchgeht, lässt sich leichter erkennen, ob diese Methode zu Ihrer Gesteinsart, Ihrem Projektzeitplan und Ihren Standortbedingungen passt.

Der vierschrittige Betriebsablauf

Der Prozess läuft in einer wiederholbaren Schleife ab. Zuerst setzt der Bediener den Bohrkopf mit dem BaggerAusleger an die Felswand und startet den Hydraulikbohrer, um ein Loch bis zur vorgegebenen Tiefe zu bohren. Druckluft aus dem integrierten Kompressor bläst das Bohrklein aus dem Loch und reduziert Staub direkt an der Quelle. Zweitens zieht sich der Bohrer zurück, sobald das Loch die Zielteife erreicht hat, und der Hauptrahmen dreht sich, um den Spaltkopf mit dem gebohrten Loch auszurichten. Drittens wird der Spaltkeil in das Loch eingeführt, und hydraulischer Druck treibt ihn vorwärts, wodurch die Gegenkeile nach außen gegen die Lochwände gedrückt werden und Spaltkraft erzeugen. Viertens bricht das Gestein entlang der durch die Lochposition und den Keilwinkel vorgegebenen Ebene, und der Bediener räumt das gebrochene Material ab, bevor er den nächsten Zyklus startet.

Der gesamte Vorgang dauert in festem Gestein in der Regel weniger als eine Minute pro Loch – die Bohrdauer variiert mit der Gesteinshärte und der Lochteife, während der Spaltvorgang selbst meist in acht bis zehn Sekunden abgeschlossen ist. Da beide Schritte auf derselben Maschine stattfinden, ist die einzige Verzögerung zwischen Bohren und Spalten die wenigen Sekunden, die der Hauptrahmen zum Drehen benötigt – nicht die Fahrzeit, die beim Wechsel zwischen separaten Bohr- und Spaltgeräten verloren ginge.

Bohrphase

Beim Bohren treibt ein hydraulischer Drehmotor einen Bohrstrang mit Hartmetallmeißel in den Fels. Das Vorschubsystem übt konstanten Druck aus, während der Drehmotor den Strang dreht, und Druckluft strömt durch die Mitte des Bohrstrangs, um das Bohrklein aus dem Loch zu blasen. Diese Luft dient gleichzeitig als primäre Staubkontrolle, indem sie Staub an der Quelle erfasst, anstatt auf externe Wassersprühung zu setzen. Lochdurchmesser und -tiefe werden so bemessen, dass sie zum Spaltkeil passen, damit der Keil sauber passt und die Gegenkeile sich vollständig gegen die Lochwände ausdehnen können.

Wie schnell Sie bohren, hängt von Gesteinshärte, Lochdurchmesser und Vorschubdruck ab. In mittelhartem Gestein wie Kalkstein oder Sandstein geht ein Loch von 115 bis 155 mm typischerweise mit etwa 0,8 Metern pro Minute hinein. In härterem Granit oder Basalt bohren Sie wahrscheinlich etwas langsamer, und der Bediener muss möglicherweise den Vorschubdruck anpassen, um Meißelschäden oder Lochabweichungen zu vermeiden. Die Bohrtiefe liegt üblicherweise zwischen 1,4 und 2,0 Metern, je nach Modell und wie tief der Bruch verlaufen muss.

Spaltphase

Sobald das Loch gebohrt ist, dreht sich der Spaltkopf in Position und die Keilanordnung gleitet in das Loch. Der Keil ist ein konischer zentraler Stab, flankiert von zwei Gegenkeilen – oft als Federn bezeichnet –, die an den Lochwänden anliegen. Wenn hydraulischer Druck den Keil nach unten treibt, drückt die Konizität die Gegenkeile nach außen gegen den Fels und erzeugt enormen seitlichen Druck in einer kontrollierten Richtung. Da Gestein unter Zug schwächer ist als unter Druck, löst dieser seitliche Druck einen Bruch entlang der Ebene senkrecht zur Keilorientierung aus.

Die Spaltkraft wird allmählich und kontrolliert aufgebracht – ganz anders als der Aufprall eines Hydraulikhammers. Das bedeutet, dass die Bruchrichtung vorhersehbar ist und durch die Ausrichtung des Keils gesteuert werden kann, was in Natursteinbrüchen, wo die Blockform wichtig ist, und im Tunnelbau, wo die Bruchlinie dem Tunnelprofil folgen muss, eine große Rolle spielt. Ein automatisches Wegekompensationsventil hält den Spaltdruck während des gesamten Keilhubs konstant, selbst wenn das Gestein bricht und der Widerstand abfällt. Der typische Spaltvorgang dauert acht bis zehn Sekunden, danach zieht sich der Keil zurück und die Einheit bewegt sich zum nächsten Loch.

Wichtige Komponenten, die den Prozess ermöglichen

Eine Handvoll wichtiger Komponenten kommen zusammen, um den integrierten Bohr- und Spaltprozess zum Laufen zu bringen. Der hydraulische Bohrmotor und das Vorschubsystem liefern die Drehkraft und den Schub zum Bohren, während der integrierte vollelektrische Luftkompressor die Druckluft zum Entfernen des Bohrkleins und zur Staubkontrolle bereitstellt. Die Spaltkeil- und Gegenkeilanordnung wandelt hydraulische Kraft in kontrollierten seitlichen Spaltdruck um. Das doppelte 360-Grad-Drehsystem – sowohl am Hauptrahmen als auch am Spaltkopf – ermöglicht es dem Bediener, an senkrechten Wänden, Überkopf-Flächen und geneigten Flächen zu bohren und zu spalten, ohne den Bagger neu zu positionieren. Das lastabhängige elektrohydraulische Steuersystem verwaltet automatisch Bohrervorschub, Drehzahl und Spaltkraft, und die Funkfernbedienung ermöglicht es dem Bediener, sich von der Felswand fernzuhalten, während er alle Funktionen steuert.

Für Auftragnehmer, die diesen Ansatz abwägen, ist die wichtigste Erkenntnis, dass eine Maschine und ein Bediener einen Prozess bewältigen, der traditionell ein separates Bohrgerät und eine separate Spalteinheit erforderte, mit all der zusätzlichen Arbeit, dem Transport und der Koordination, die damit einhergehen. Die kontrollierte Bruchrichtung macht es auch zu einer starken Wahl für Arbeiten, bei denen Sprengen oder hydraulisches Brechen zu viel Vibration, Fluggestein oder unkontrollierte Risse verursachen würde. Für einen direkten Vergleich mit hydraulischem Brechen siehe Gesteinsbohrer und Spaltgerät vs. Hydraulikhammer: Welche Methode passt zur Aufgabe?. Hilfe bei der Auswahl der richtigen Konfiguration finden Sie unter So wählen Sie einen Bagger-Gesteinsbohrer und ein Spaltgerät für Hartsteinaushub.

Verwandte Fragen

Was ist der grundlegende Betriebsablauf eines Gesteinsbohrers und -spalters?+

Der grundlegende Betriebsablauf umfasst vier Schritte. Zuerst positioniert der Bediener den Bohrkopf und bohrt ein Loch bis zur erforderlichen Tiefe, wobei Druckluft das Bohrklein entfernt und Staub unterdrückt. Zweitens zieht sich der Bohrer zurück und der Hauptrahmen dreht sich, um den Spaltkopf mit dem Loch auszurichten. Drittens wird der Spaltkeil in das Loch eingeführt und hydraulische Kraft treibt den Keil an, wodurch sich die Gegenkeile ausdehnen und das Gestein brechen. Viertens zieht sich der Keil zurück und der Bediener entfernt das gespaltene Material, bevor er den nächsten Zyklus startet. Der gesamte Ablauf dauert in festem Gestein typischerweise weniger als eine Minute pro Loch.

Warum ist Bohren vor dem hydraulischen Gesteinsspalten erforderlich?+

Bohren ist erforderlich, weil ein hydraulischer Spalter funktioniert, indem eine Keil- und Gegenkeilanordnung in ein vorgebohrtes Loch eingeführt und die Gegenkeile nach außen gegen die Lochwände ausgedehnt werden. Ohne ein Loch gibt es keinen Platz für die Keilanordnung und keine kontrollierte Ebene, der der Bruch folgen kann. Lochdurchmesser und -tiefe müssen den Abmessungen des Spaltkeils entsprechen, damit sich die Gegenkeile vollständig ausdehnen und den seitlichen Druck erzeugen können, der zum Brechen des Gesteins erforderlich ist. Die Lochposition bestimmt auch die Bruchrichtung, da das Gestein entlang der Ebene senkrecht zur Keilorientierung spaltet.

Wie unterscheidet sich Bohren und Spalten vom konventionellen Gesteinsbrechen?+

Bohren und Spalten unterscheidet sich in drei wesentlichen Punkten vom konventionellen Gesteinsbrechen. Erstens verwendet es kontrollierte mechanische Kraft statt Aufprallenergie, sodass die Bruchrichtung durch die Ausrichtung des Keils vorhergesagt und gesteuert werden kann. Zweitens erzeugt es im Vergleich zu Hydraulikhämmern oder Sprengungen minimale Vibrationen, Lärm und Fluggestein, was es für städtische Gebiete, in der Nähe von Bauwerken und in Natursteinbrüchen geeignet macht. Drittens ist es ein zweistufiger Prozess – Bohren, dann Spalten – statt des kontinuierlichen Aufpralls eines Hammers, sodass die Zykluszeit pro Gesteinseinheit länger sein kann, aber die Bruchkontrolle deutlich besser ist. Die Wahl hängt von Gesteinsart, Projektanforderungen und Standortbedingungen ab.

Welche Arten von Gesteinsaushubprojekten können einen Bohr- und Spaltprozess nutzen?+

Der Bohr- und Spaltprozess eignet sich für eine Reihe von Gesteinsaushubprojekten, darunter Steinbruchbetrieb und Natursteinproduktion, wo eine kontrollierte Bruchrichtung die Blockqualität erhält, Bergbau und Untertageaushub in harten Gesteinsformationen, Tunnelbau und Schachtbau, wo Vibrationen und Lärm minimiert werden müssen, Abriss- und Fundamentarbeiten mit verstärktem Gestein oder Beton sowie sprengstofffreier Gesteinsaushub in städtischen Gebieten oder in der Nähe von Versorgungsleitungen und Bauwerken. Es ist besonders effektiv in mittelhartem bis hartem festem Gestein wie Granit, Basalt, Kalkstein und Sandstein. Sehr weiches oder stark zerklüftetes Gestein erfordert möglicherweise kein Bohren und Spalten, und ein Brecher oder eine Schaufel kann unter diesen Bedingungen wirtschaftlicher sein.