Tassen-Dichtung für Bohrhammer: So funktioniert die Spüldichtung und wie man einen Ersatz auswählt

Jeder hydraulische Drehbohrer, der sein Bohrloch mit Wasser spült, ist auf einen kleinen Elastomerring angewiesen, um das Wasser an seinem Platz zu halten. Der tassen-Dichtung befindet sich an der Stelle, an der ein rotierender, hämmernder Schaftadapter durch den vorderen Kopf des Bohrgeräts tritt, und hat eine einzige Aufgabe: das Spülwasser in seiner eigenen Kammer zu halten, statt zuzulassen, dass es in den geschmierten Mechanismus des Bohrgeräts eindringt oder Bohrreste in umgekehrter Richtung zurücklaufen. Dieser Artikel erklärt, wo die Tassenabdichtung sitzt, wie sie es schafft, ein Bauteil abzudichten, das sowohl rotiert als auch tausendmal pro Minute geschlagen wird, wie ein Versagen aussieht und was vor der Bestellung eines Ersatzteils zu prüfen ist.

Was ist eine Tassenabdichtung bei einem hydraulischen Felsbohrgerät?

Eine Tassenabdichtung, auch Spülabdichtung genannt, ist das Dichtelement, das im vorderen Kopf oder „Wasserkasten“ eines Felsbohrgeräts eingebaut ist – also in dem Gehäuse, das den Schaftadapter umgibt, durch den das Spülmedium in die Bohrleitung eingeführt wird. Bei den meisten Felsbohrungen wird Wasser, Druckluft oder eine Wasser-Luft-Mischung verwendet, um gebrochenes Gestein vom Bohrmeißel wegzutransportieren und diesen zu kühlen. Dieses Spülmedium muss jedoch über eine stationäre Zuleitung in die innere Bohrung des Schaftadapters eingespeist werden, obwohl der Adapter selbst sowohl rotiert als auch schlägt. Die Tassenabdichtung stellt genau diese dichte Verbindung sicher.

Je nach Hersteller und Bohrgerätemodell findet man dieses Bauteil auch unter den Bezeichnungen Spülabdichtung, vorderer Kopf-Dichtung oder Wasserkasten-Dichtung. Alle diese Namen bezeichnen dieselbe funktionale Aufgabe: die Abdichtung einer druckbeaufschlagten Spülkammer gegen einen Schaftadapter, der während des Betriebs niemals stillsteht.

Wo befindet sich die Tassenabdichtung, und was wird damit tatsächlich abgedichtet?

Der Schaftadapter verfügt über ein radiales Loch (oder zwei Löcher bei einigen Ausführungen), das bzw. die seine Außenfläche mit seiner inneren Spülbohrung verbindet. Dieses Loch befindet sich innerhalb einer ringförmigen Kammer, die durch den Wasserbehälter des vorderen Kopfteils gebildet wird, sodass Spülfüssigkeit, die in den Behälter eingeleitet wird, unabhängig von der jeweiligen Drehstellung des Adapters in diesem Moment über das Loch in die Bohrung eintreten kann. Die Abdichtung dieser Kammer erfordert üblicherweise mindestens zwei Dichtungssätze: einen Satz zur Abdichtung des Wasserbehälters gegen die stationäre Struktur des vorderen Kopfteils und einen weiteren Satz zur Abdichtung gegen den Schaftadapter selbst – letzterer übernimmt die anspruchsvollere Aufgabe, da er eine Dichtung gegen eine Fläche halten muss, die sich gleichzeitig dreht und axial bewegt.

In der Praxis bedeutet dies, dass die Kombinationsdichtung eines Felsbohrgeräts selten aus einem einzigen Ring besteht. Sie besteht meist aus einem kleinen Stapel von Dichtungs- und Lagerkomponenten – Dichtungen, Verschleissbuchsen und gegebenenfalls einem separaten Staub- oder Wischelement –, die in einen Wasserbehälter integriert sind, der zur Wartung geöffnet werden kann, ohne den gesamten vorderen Kopf entfernen zu müssen.

Foto 1 :Vorderseite Querschnitt des vorderen Wasserkastens

Wie funktioniert die Tassen-Dichtung, während der Schaft-Adapter sich dreht und schlägt?

Dies ist der Teil der Aufgabe, der eine Tassen-Dichtung von einer gewöhnlichen statischen Dichtung unterscheidet. Während der Bohrer in Betrieb ist, dreht sich der Schaft-Adapter kontinuierlich (um den Bohrer für den nächsten Schlag zu positionieren) und bewegt sich zudem über eine geringe axiale Strecke, während er jeden Stoß vom Kolben aufnimmt und weiterleitet. Die Tassen-Dichtung muss dabei ständig Kontakt mit dieser bewegten Fläche halten – in beiden Bewegungsrichtungen – und gleichzeitig Spülflüssigkeit zurückhalten, die möglicherweise deutlich über Atmosphärendruck unter Druck steht.

Diese Kombination aus Rotation, axialer Schwingung und Druck – alles gleichzeitig – stellt eine höhere Beanspruchung dar, als die meisten dynamischen Dichtungen erfahren. Deshalb ist auch die Dichtfläche am Schaft-Adapter genauso wichtig wie die Dichtung selbst: Jede Vertiefung, Korrosion oder Kratzer auf dieser Fläche bietet der Dichtlippe eine unebene Lauffläche, wodurch der Verschleiß typischerweise ab diesem Punkt beschleunigt wird.

Warum belastet die externe Spülung die Tassen-Dichtung zusätzlich?

Stiel-Adapter werden auf eine von zwei Arten gespült. Bei der internen Spülung verläuft ein Wasserschlauch durch die Mitte des Bohrers und wird mit einer einzigen O-Ring an der Spitze abgedichtet – eine vergleichsweise einfache, gering belastete Dichtung. Bei der externen (vorderen Kopf-)Spülung hingegen wird das Spülmedium in den Wasserbehälter um die Außenseite des Adapters herum geleitet; diese Konstruktion gilt allgemein als die bessere Lösung, da sie ein größeres Spülvolumen bei geringerem Risiko von Leckagen oder Wasserschlag-Schäden bereitstellen kann – doch gerade diese Fähigkeit führt dazu, dass ihre Dichtungen kontinuierlich höherem Druck und Durchfluss ausgesetzt sind.

Die meisten modernen hydraulischen Felsbohrgeräte nutzen aus diesem Grund die externe, vordere Kopf-Spülung. Der Kompromiss besteht darin, dass die Tassen-Dichtung bei dieser vorderen Kopf-Konstruktion ständig unter Druck arbeitet und dynamisch dichtet – im Gegensatz zur vergleichsweise einfachen statischen Spitzen-Dichtung. Aus diesem Grund gelten Spül-Dichtungen als regulärer Verschleißartikel und nicht als Einbau-und-Vergessen-Teil.

Die Strömung, die diese Kammer betritt, verhält sich wie eine Strömung durch eine Drosselbohrung – ein Zusammenhang, der bei der Auslegung von Spülkreisläufen für dynamische Dichtungen allgemein gut bekannt ist:

Q = 0,0019159 · C · d² · (Δp / ρ)¹⁄² (1)

wobei Q die Spülstromstärke, C ein Strömungskoeffizient, d der effektive Durchmesser des Strömungswegs, Δp der Druckabfall entlang desselben und ρ die Dichte der Spülfüssigkeit ist. Die praktische Erkenntnis lautet, dass die Spülstromstärke durch die Druckdifferenz über die Wasserkammer gesteuert wird, nicht allein durch den Druck: Fachliteratur zur Spülung dynamischer Dichtungen in industriellen rotierenden Maschinen empfiehlt, den Druck auf der Spülseite nur geringfügig über dem Druck der abgedichteten Kammer zu halten – etwa 0,05–0,2 MPa höher – und die Fluidgeschwindigkeit durch jegliche Drosselstelle so niedrig zu halten, dass Erosion durch Aufprall vermieden wird; üblicherweise unter 3–5 m/s, falls das Fluid Feststoffe enthält. Spülwasser für Bohrhammer ist selten vollständig sauber; sowohl eine zu hohe Druckdifferenz als auch ein zu kleiner Strömungsquerschnitt beschleunigen daher den Verschleiß genau an der Stelle, die die Tassen-Dichtung schützen soll.

Was geschieht, wenn die Tassen-Dichtung eines Bohrhammers versagt?

Sobald eine Tassendichtung ihre Dichtlippe verliert oder an einer abgenutzten Kontaktfläche zu lecken beginnt, kann Spülflüssigkeit aus dem Wasserbehälter in den Rotations- und Schlagmechanismus des Bohrgeräts eindringen, wo sie sich mit dem Schmieröl mischt oder dieses verdrängt. Eine Wasserkontamination von Hydraulik- oder Schmieröl beschleunigt die Korrosion innerer Komponenten, verschlechtert die Schmiereigenschaften des Öls und kann zu einem beschleunigten Verschleiß führen, der weit über den vorderen Kopf hinausgeht.

Der Fehler kann sich aber auch umgekehrt auswirken: Eine Dichtung, die ihren Halt am Schaftadapter verloren hat, lässt Bohrflüssigkeit nach außen am Adapter entweichen statt sie durch das Bohrloch abzuleiten. Dies zeigt sich als sichtbarer Austritt an der Maschinenvorderseite sowie als Rückgang des Spülflussvolumens, das tatsächlich die Bohrkrone erreicht – was die Effizienz der Spanabfuhr aus dem Bohrloch verringert.

Foto 2: Abgenutzte Tassendichtung und Schaftadapter

Wie erkennen Sie einen Defekt der Tassendichtung Ihres Felsbohrgeräts?

Ein defekter Tassendichtung zeigt sich meist in einer Kombination der folgenden Anzeichen:

• Sichtbares Wasser oder Spülflüssigkeit, die während des Betriebs aus dem vorderen Kopfbereich austritt.
• Milchige oder verfärbte Erscheinung des Hydraulik- oder Schmieröls der Bohrmaschine, was auf Wasserkontamination hinweist.
• Verringerte Spülstrommenge oder -druck am Bohrmeißel, obwohl Pumpe und Spüllleitung normal funktionieren.
• Schneller als üblich auftretende Korrosion oder Lochfraß an dem Schaftadapter im Bereich, in dem er durch den vorderen Kopf führt.
• Erhöhter Verschleiß oder Kratzer an den Wasserbox-Buchsen bei der nächsten Demontage.

Die folgende Tabelle verknüpft diese Symptome mit wahrscheinlichen Ursachen sowie einer sinnvollen ersten Überprüfung.

Da Wasserkontamination und mechanischer Verschleiß überlappende Symptome hervorrufen können, liefert das Öffnen des vorderen Kopfes sowie die gemeinsame Inspektion der Dichtung, ihres Sitzes und der Dichtfläche des Schaftadapters eine zuverlässigere Aussage als die Beurteilung anhand eines einzelnen Symptoms allein.

Foto 3: Verschleiß der Dichtfläche des Schaftadapters

Was verursacht vorzeitigen Verschleiß der Tassen-Dichtung?

Mehrere Faktoren verkürzen unabhängig voneinander die Lebensdauer einer Tassen-Dichtung – und sie verstärken sich oft gegenseitig:

• Abrasive Feinpartikel im Spülwasser oder in den zurückkehrenden Bohrbruchstücken, die wie eine Lappmasse gegen die Dichtlippe und die Adapteroberfläche wirken.
• Korrosives oder mineralisiertes (einschließlich salzhaltiges) Spülwasser, wie es häufig an vielen Bergwerks- und Küstenstandorten vorkommt, wodurch die Dichtfläche des Adapters im Laufe der Zeit aufgeraut und angegriffen wird.
• Trockenes Bohren oder Bohren mit unzureichendem Spuldruck, wodurch die Dichtung statt auf einem dünnen Fluidfilm heiß gegen den Adapter laufen kann.
• Radialspiel im Schaftadapter aufgrund abgenutzter Stützbuchsen, wodurch die Dichtung gezwungen wird, gegen eine wackelnde statt einer exakt laufenden Oberfläche zu arbeiten.
• Ein Ungleichgewicht zwischen Dichtungsmaterial und der vor Ort herrschenden Wasserchemie oder Temperatur, das im Rahmen eines gesonderten Materialvergleichs ausführlicher erläutert wird.

Der Oberflächenzustand des Schaftadapters selbst verdient hier besondere Aufmerksamkeit, da die allgemeine Verschleißtechnik den Materialabtrag direkt mit der Oberflächenhärte über eine Beziehung der allgemeinen Form verknüpft:

W = K / Hn (2)

wobei W das Verschleißvolumen, H die Oberflächenhärte der stärker beanspruchten Komponente, K eine Konstante ist, die von der Materialkombination und den Kontaktbedingungen abhängt, und n ein Verschleißindex ist, der typischerweise zwischen 1 und 2 liegt. Untersuchungen zur Wärmebehandlung des Materials für den Schaftende-Bereich von Bohrgeräten bestätigen die praktische Relevanz dieser Beziehung: Abschreckparameter, die die Oberflächenhärte messbar erhöhen, verbessern die Verschleißfestigkeit deutlich, während zu geringe oder zu hohe Temperparameter Restspannungen oder eine vergröberte Kornstruktur hinterlassen, die diese beeinträchtigen. Die Relevanz für eine Tassen-Dichtung ist unmittelbar — Korrosionspitting auf der Dichtfläche des Adapters stellt funktional einen lokalen Verlust dieser gehärteten Schicht dar; ein korrodierter Adapter kann daher den Dichtungsverschleiß beschleunigen, selbst wenn die Dichtung selbst in gutem Zustand ist und korrekt montiert wurde.

Wie beeinflussen Verschleiß des Schaft-Adapters und der Buchse die Lebensdauer einer Tassen-Dichtung?

Die Becherdichtung funktioniert nicht isoliert vom übrigen vorderen Kopfbausatz. Der Schaftadapter wird normalerweise durch Verschleißbuchsen gestützt, die ihn zentrisch im Wasserbehälter laufen lassen; mit zunehmendem Verschleiß dieser Buchsen darf sich der Adapter bei Drehung und Schlagbewegung stärker radial bewegen. Diese zusätzliche radiale Bewegung wird direkt auf die Becherdichtung übertragen, die sich nun flexibel anpassen und neu gegen eine Oberfläche abdichten muss, die statt einer sauberen, konzentrischen Bahn einen wackelnden Pfad beschreitet.

Dies ist ein häufiger Grund dafür, dass eine „neue“ Becherdichtung kurz nach dem Austausch erneut versagt: Falls die Buchsen und die Dichtfläche des Adapters nicht geprüft und – falls erforderlich – gleichzeitig ersetzt oder nachgearbeitet werden, unterliegt die neue Dichtung sofort derselben unregelmäßigen Belastung, die die alte Dichtung bereits beschädigt hatte.

Wie wählen Sie die richtige Ersatz-Becherdichtung aus?

Bei bestätigtem Versagen und geöffnetem vorderem Kopf entscheiden drei Faktoren über die richtige Ersatzdichtung:

• Exakte Übereinstimmung der Abmessungen und des Profils mit dem Originalersatzteil. Die Dichtgeometrie des Wasserbehälters, die Lippenform und die Nutabmessungen sind spezifisch für das jeweilige Bohrhammermodell und im Allgemeinen nicht zwischen verschiedenen Marken austauschbar.
• Ein Werkstoff, der an die Spülwasserbeschaffenheit und Temperatur vor Ort angepasst ist. Kolbenringdichtungen (Cup seals) werden meist aus Polyurethan oder FKM gewählt – je nach Verschleißanforderung, Wasserchemie und Temperatur. Dieser Unterschied wird ausführlich in einem ergänzenden Artikel zu Kolbenringdichtungswerkstoffen erläutert.
• Die Bestätigung, dass die Dichtfläche des Schaftadapters sowie die Wasserbehälterbuchsen innerhalb der Toleranz liegen; denn eine korrekt ausgewählte Dichtung erreicht bei Montage auf einem abgenutzten oder angeritzten Adapter nicht ihre erwartete Lebensdauer.

Foto 4 ：Vergleich der Ersatz-Kolbenringdichtungswerkstoffe

Wo können Sie eine zuverlässige Ersatz-Kolbenringdichtung beziehen?

Da die Abmessungen und Lippenprofile von Kolbenringdichtungen (Cup seals) modellspezifisch für jeden Bohrhammer sind, hängt die Beschaffung davon ab, einen Lieferanten zu finden, der die exakte Teilenummer Ihres Geräts abgleichen kann – und nicht lediglich eine generische Bezeichnung wie „Kolbenringdichtung“ (cup seal) verwendet.

Nanjing Hovoo Machinery Technology Co., Ltd., ein chinesischer Dichtungshersteller, gegründet 2013, fertigt PU-, Gummi- und PTFE-Dichtungskomponenten für hydraulische Bohrhammer und hydraulische Brecher; diese werden mit führenden Marken wie Atlas Copco/ Epiroc , Furukawa, Montabert, Sandvik und Tamrock sowie weiteren verglichen. Das Unternehmen gibt an, vor Auftragserteilung kostenfreie technische Unterstützung anzubieten, um die korrekte Teilenummer, Abmessungen und Werkstoffqualität für ein bestimmtes Bohrhammermodell zu bestätigen.

Falls Sie unsicher sind, welche Kolbenringdichtung (Cup seal) Ihr Gerät benötigt, ist es die zuverlässigste Methode, dem Lieferanten das Bohrhammermodell, die Teilenummer des vorderen Kopfes oder des Wasserkastens sowie eine Angabe zur Spülwasserqualität am Einsatzort (frisch, salzhaltig oder abrasiv) mitzuteilen – so kann dieser die Angaben anhand der OEM-Spezifikationen abgleichen und eine passgenaue sowie langlebige Dichtung liefern.

Foto 5: Verpacktes Kit für Kolbenringdichtungen (Cup seals) für Bohrhämmer

1. Zhou B., Zhao Y., Zhang H., Liu F., Zhu W. „Analyse der Auswirkung von Spülung auf die Leistung mechanischer Dichtungen.“ Mechanical & Electrical Engineering Technology, 2023, 52(05): 269–272.
2. Han Z. „Analyse der Auswirkung verschiedener Wärmebehandlungsparameter auf Härte und Verschleißfestigkeit von Bohrstockenden für Gesteinsbohrer.“ Zhejiang Pulanka Drilling Tools Co., Ltd., technisches Papier, 2026.
3. Zhang H., Liu X., Wang J., Sun M. „Konstruktionsentwicklung und Bewegungssimulation einer neuen kompositen rotierend-perkussiven Bohrwerkzeugvorrichtung.“ Journal of Mechanical Strength, 2017, 39(2): 392–396.