Wie verlängert man die Lebensdauer eines Bohr-Akkumulators? Nutzungstipps und Wartungshinweise

Die meisten Wartungsprogramme für hydraulische Bohrhammer sehen ein bestimmtes Intervall für den Wechsel des Hydrauliköls und ein bestimmtes Intervall für den Austausch des Dichtungssatzes vor; für die Wartung des Speichers (Accumulators) hingegen ist nahezu nichts schriftlich festgelegt. Der Speicher wird erst dann überprüft, wenn etwas defekt ist – insbesondere dann, wenn die Schlagenergie abfällt und das charakteristische heisere Geräusch auf einen Defekt der Membran oder des Vordrucks hinweist. Zu diesem Zeitpunkt läuft der Speicher bereits seit Wochen oder Monaten mit eingeschränkter Leistung, und andere Schlagkomponenten müssen die Folgen davon kompensieren.

Ein hydraulischer Speicher in einem Schlagkreislauf ist ein Druckbehälter, der unter extremen Bedingungen zyklisch belastet wird: 30–65 Druckzyklen pro Sekunde während des Bohrens mit Spitzenpressuren von 160–220 bar auf der hydraulischen Seite. Die vorgesehene Lebensdauer eines Standard-hydraulischen Speichers beträgt typischerweise 12 Jahre oder eine begrenzte Anzahl von Druckzyklen – je nachdem, welches Kriterium zuerst erreicht wird. Bei einem Drifter mit 2.000 Schlagstunden pro Jahr erfährt der Speicher jährlich etwa 360 Millionen Druckzyklen. Das ist kein Wartungsgegenstand, den Sie unbegrenzt hinauszögern können.

Verständnis dafür, was der Speicher im Schlagkreislauf tatsächlich leistet

Ein hydraulischer Felsbohrhammer verfügt über zwei Akkumulatoren mit unterschiedlichen Funktionen. Der Hochdruck-Akkumulator speichert Stickstoff, der vorab auf 50–80 bar vorgeladen ist (je nach Bohrhammer-Modell), und befindet sich auf der Schlagdruckseite des Kreislaufs. Wenn der Kolben seine Rückhubphase beginnt, kann die Pumpe allein den momentan erforderlichen Volumenstrom für den Hochfrequenzbetrieb nicht bereitstellen – der Akkumulator gibt in diesem kritischen Moment gespeicherte Energie ab, um den Pumpenstrom zu ergänzen, wodurch die sogenannte „Schlaglücke“ vermieden wird, die andernfalls eine vorzeitige Umkehrung des Kolbens verursachen würde.

Der Niederdruck-Akkumulator (typischerweise auf 4–5 bar vorgeladen) befindet sich auf der Rücklauf-/Puffersseite und arbeitet zusammen mit dem Dämpfungssystem, um die Energie der Rücklaufwelle vom Kolbenstangenstrang aufzunehmen. Beide Akkumulatoren verfügen über Membranen – flexible Folien, die das Stickstoffgas physikalisch vom Hydrauliköl trennen. Die Membran ist das Bauteil, das ausfällt. Gas dringt im Laufe der Zeit langsam durch die Nitrilkautschuk-Membran hindurch; eine schnelle Aufladung oder ein Überdruckereignis kann sie sofort zerreißen.

Die drei Mechanismen, die die Lebensdauer des Akkumulators verkürzen

Die Permeation von Stickstoffgas durch die Membran ist unvermeidlich, aber steuerbar. Nitrilkautschuk-(NBR-)Membranen, der am häufigsten verwendete Typ, verlieren Stickstoff über die Membranwand mit einer Geschwindigkeit, die mit steigender Temperatur und Druckdifferenz zunimmt. Bei Betriebstemperaturen über 70 °C beschleunigt sich die Permeation. Die Überprüfung des Vorladedrucks alle 200–300 Schlagstunden erfasst den schrittweisen Druckverlust, bevor dieser den für die Schlagleistung kritischen Wert erreicht. Ein plötzlicher Druckabfall – im Gegensatz zu einem schrittweisen – deutet auf eine Leckage der Ventilspindel oder einen Membranriss und nicht auf Permeation hin.

Schnellladen ist die einzige größte Ursache für einen vorzeitigen Membranversagen im Feldservice. Wenn Stickstoff zu schnell in einen vollständig entladenen Speicher eingeleitet wird, kühlt sich das expandierende Gas so stark ab, dass die Membran bis zur Sprödigkeit des Gummis abkühlt. Bei einem Ballonspeicher kann ein schnelles Aufladen zudem bewirken, dass der Ballon in das Klappventil am Ölanchluss gedrückt wird, wodurch er dauerhaft eingeschnitten oder eingeklemmt wird. Das von führenden Speicherherstellern dokumentierte Aufladeverfahren sieht eine langsame Stickstoffzufuhr vor – das Zylinderventil wird nur angehoben und die Füllung erfolgt über mehrere Minuten statt Sekunden. Die meisten Anlagen überspringen diesen Schritt, weil er mehr Zeit in Anspruch nimmt.

Der Betrieb unterhalb des minimalen Vorladedrucks ist der dritte Mechanismus. Wenn ein Bohrhammer mit einem Akkumulatordruck für die Vorladung unterhalb der Spezifikation betrieben wird – weil die Vorladung nie überprüft wurde und Stickstoff ausgetreten ist – stößt die Membran bei jedem Druckzyklus am Ölanschluss an. Dieser wiederholte Kontakt zwischen Membran und Anschluss führt zu lokalem Verschleiß und schließlich zu einer Durchstechung. Der Bohrhammer läuft weiter, doch die Schlagenergie wird zunehmend unregelmäßig, da die Dämpfungsfunktion des Akkumulators beeinträchtigt ist.

Vorladespezifikationen und Prüfintervall

Die Vordruckvorgabe wird stets gemessen, wenn der hydraulische Druck vollständig aus dem Schlagkreis abgelassen ist – nicht während der Bohrhammer in Betrieb ist. Die Messung des Akkumulator-Vordrucks unter laufendem Schlagdruck führt zu einer falschen Anzeige, da die Stickstoffseite durch den vorhandenen hydraulischen Druck zusammengedrückt wird. Entlasten Sie das System stets vollständig, bevor Sie das Füll- bzw. Messgerät mit dem Ventilstiel des Akkumulators verbinden.

Temperatur und deren Einfluss auf den angezeigten Vordruck

Der Stickstoffdruck variiert entsprechend dem allgemeinen Gasgesetz mit der Temperatur: Eine Temperaturerhöhung um 10 °C erhöht den Stickstoffdruck in einem Akkumulator mit festem Volumen um ca. 3,5 %. Ein Bohrhammer, bei dem bei kaltem Zustand (Umgebungstemperatur 20 °C) der korrekte Vordruck gemessen wird, zeigt am Füllmanometer einen höheren Wert an, wenn der Bohrhammer mehrere Stunden lang gelaufen ist und die Akkumulatorhülle sich auf 60 °C erwärmt hat. Dieser höhere Wert bedeutet nicht, dass der Vordruck zu hoch ist – er zeigt lediglich an, dass das Gas wärmer ist.

Die praktische Konsequenz: Notieren Sie stets die Temperatur, bei der die Vordruckprüfung durchgeführt wurde, zusammen mit dem Druckwert. Legen Sie einen Vordruck-Zielwert fest, der für kalte Bedingungen geeignet ist, wobei bekannt sein muss, dass der Betriebsdruck bei warmer Betriebstemperatur höher liegt. Eine Überdruckbeaufschlagung aufgrund einer Korrekturfehler bei kalten Messwerten ist eine häufige Ursache für Membranschäden vor Ort – ein zu hoher Vordruck presst die Membran bei jedem Auslasszyklus gegen das Ventilstößelchen, genau nach demselben Mechanismus wie beim Betrieb ohne Vordruck, jedoch in umgekehrter Richtung.

Lagerung und Verfahren für längere Stillstandszeiten

Für Lagerzeiten von mehr als zwei Wochen ist es üblich, den hydraulischen Druck abzulassen und die Stickstoff-Vorladung unverändert zu belassen. Die Membran sollte sich in ihrer Position „Gas voll“ befinden – weder auf dem Ölanchluss aufgesetzt noch durch den hydraulischen Druck gestreckt. Eine längere Lagerung mit der Membran, die gegen den Ölanchluss gedrückt wird (hydraulischer Kreislauf unter Druck, aber Stickstoffvorrat erschöpft), verformt die Membrangeometrie dauerhaft und verkürzt ihre verbleibende Nutzungsdauer.

Vor der Lagerung ist das im Speicherbehälter angesammelte Öl abzulassen, falls der Bohrhammer länger als einen Monat gelagert wird – Öl, das bei Umgebungstemperatur über längere Zeit mit der Membran in Kontakt steht, bewirkt eine gewisse Aushärtung der Nitril-Oberfläche. Nach dem Wiederanfahren nach der Lagerung ist der Vorladedruck zu überprüfen, bevor mit dem Schlagbetrieb begonnen wird; für die ersten 15–20 Minuten ist der Schlagdruck reduziert einzustellen, um der Membran ein schrittweises Erreichen der Betriebstemperatur zu ermöglichen.