Wissenswertes über das Bohren

09.05.2015 |  Von  |  Allgemein
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Ein häufig angewendetes Trennverfahren ist das Zerspanen von Werkstoffen mithilfe eines Bohrers oder eines Bohr-Einsatzes. Die durch die Rotation der Bohrspitze entstehenden kreisrunden Bohrlöcher sind charakteristisch dafür.

Je nach Material und dessen Eigenschaften (Festigkeit, Dichte, Dicke) müssen unterschiedliche Bohrer und Werkzeuge verwendet werden, um das bestmögliche Ergebnis zu erzielen.

Ein Bohrer weist für gewöhnlich eine Spitze mit zwei Schneiden auf, die beim Rotieren vom Material je einen Span abheben. Diese werden durch eine seitliche Nuten abgeleitet, die entgegen der Vorschubrichtung wendelförmig angeordnet sind. Diese Wendel- oder Spiralbohrer genannten Bohr-Einsätze werden mit einem Spannfutter in eine Bohrmaschine eingespannt und übertragen das Drehmoment der Maschine auf die Bohrspitze.

Auf die Bohrspitze kommt es an

Jeder Bohrer besteht aus einem Schaft, dessen Ende in die Bohrmaschine eingespannt wird, und der Bohrspitze, die in das Material eindringt und sich vorwärtsarbeitet. Da mit hohen Drehzahlen gearbeitet wird, erhitzt sich die Bohrspitze aufgrund der Reibungsenergie schnell und kann sich bei zu langem Gebrauch ohne Kühlung auch verformen und unbrauchbar werden. Beim Bohren in Metall oder besonders widerstandsfähige Materialien ist es daher notwendig, die Bohrspitze permanent zu schmieren und zu kühlen, um eine Überhitzung zu vermeiden. Ob ein Kühlschmierstoff verwendet werden muss, hängt vom zu bearbeitenden Material ab, ebenso die Auswahl des passenden Kühlmediums:

  • Holz und Kunststoffe werden in der Regel trocken, also ohne Kühlschmierstoff gebohrt
  • Grauguss kann ebenfalls trocken gebohrt werden, da der hohe Anteil Graphit beim Bohren als Festschmierstoff dient und damit die Reibung des Bohrkopfes verringert
  • Bei Bohren von Stahl werden spezielles Schneidöl oder Kühlschmierstoffemulsionen verwendet
  • Soll in Aluminium gebohrt werden, kann die Kühlung über (feuergefährlichen) Spiritus erreicht werden, alternativ kann auch mit Petroleum gekühlt werden, was die Brandgefahr im Betrieb verringert

Die Härtegrade der Bohrer

Während Holzbohrer nur wenig Widerstand des Materials überwinden müssen, sind die Anforderungen an Metallbohrer deutlich anspruchsvoller. Spiralbohrer werden daher in drei Klassen eingeteilt: Typ N ist für die Bearbeitung von normalharten Werkstoffen wie Stahl geeignet, Typ W für weiche und zähe Werkstoffe wie Aluminium und Typ H für harte, zähharte und spröde Werkstoffe. Die unterschiedlichen Typen unterscheiden sich sowohl in der Grösse des Drallwinkels als auch in ihrer Materialzusammensetzung und Vergütung.

Bohrer für den Einsatz in der Bohrmaschine werden meistens aus Hochleistungsschnellschnittstahl (HSS) oder aus Chrom-Vanadium-Legierungen (CV) gefertigt. Für die Arbeit mit zähen Metallen gibt es zudem spezielle Bohrer, die vollständig aus Hartmetall gefertigt werden. Um die Härte zu erhöhen und die Bohrer widerstandsfähiger gegen Verschleiss zu machen, können die Bohrspitzen mit metallischen Beschichtungen vergütet werden. Diese sind an einer herstellerseitigen Verfärbung zu erkennen:

  • Titannitrid: goldene Färbung
  • Titanaluminiumnitrid: violette Färbung
  • Aluminiumtitannitrid: anthrazite Färbung
  • Titancarbonitrid: braunschwarze Färbung

Die Vergütung erhöht nicht nur die Lebensdauer des Bohrers im Einsatz, sondern schützt ihn auch vor Korrosion und sorgt für einen schnelleren Vortrieb im Werkstoff. Zudem kann durch eine Vergütung beim Bohren in eisenhaltige Werkstoffe ein Verkleben oder Verschweissen mit den Bohrspänen verhindert werden. Allerdings wirkt sich die zusätzliche Beschichtung auf den Anschaffungspreis aus, weswegen so vergütete Bohrer vor allem im Bereich der automatisierten CNC-Bearbeitung zum Einsatz kommen.


Je nach Material und dessen Eigenschaften müssen unterschiedliche Bohrer verwendet werden. (Bild: © Gumenyuk Dmitriy - shutterstock.com)

Je nach Material und dessen Eigenschaften müssen unterschiedliche Bohrer verwendet werden. (Bild: © Gumenyuk Dmitriy – shutterstock.com)


Die Drehzahl richtig wählen

Beim Bohren von Metall muss mit der richtigen Geschwindigkeit der Bohrmaschine gearbeitet werden, um Bohrer, Maschine und Material zu schonen und ein gutes Ergebnis zu erzielen. Als Faustregel gilt: je kleiner das Bohrloch, desto grösser die Geschwindigkeit. Ein Bohrloch von 5 mm oder weniger kann mit der vollen Leistung angegangen werden, während etwa bei 12 mm die Drehzahl auf etwa 800 U//min gedrosselt werden sollte. Bei Aluminium, das weicher und zäher als Eisen oder Stahl ist, muss jedoch mit deutlich höherer Drehzahl gearbeitet werden.

Es empfiehlt sich, bei grösseren Löchern zunächst mit einem kleineren Bohrer vorzubohren und dann mit dem endgültigen Bohrer das Loch aufzubohren. Auch hierbei sollte die Drehzahl reduziert werden, da das Kernloch nur erweitert werden muss und sich der Bohrer bei zu hoher Drehzahl schnell erhitzen kann. Austretende Bohrspäne muss vom Bohrloch entfernt werden und birgt aufgrund ihrer scharfen Kanten ein Verletzungsrisiko.

Um beim Bohren selber nicht abzurutschen, müssen entweder das Werkstück eingespannt und die Bohrmaschine in einer festen Halterung befestigt werden oder das Metall wird mit einem Körner vorbereitet. Dazu wird der Körner mit seiner Spitze dort platziert, wo die Bohrung ihren Platz finden soll und mit einem Hammerschlag in das Material getrieben. Die Körnerspitze hinterlässt dabei eine kleine Vertiefung, die der Bohrspitze Halt gibt und verhindert, dass diese auf der Oberfläche „wandern“ kann.

Das Einspannen im Bohrfutter

Um das notwendige hohe Drehmoment der Bohrmaschine zu übertragen, muss der Bohrer fest im Bohrfutter eingespannt werden. Bei zylindrischen Schäften erfolgt das Mittels verstellbaren Metallbacken, die sich beim Einspannen fest an den Schaft pressen und so das Drehmoment auf die Bohrspitze übertragen. Hierdurch ist jedoch das übertragbare Drehmoment begrenzt, bei hohen Drehzahlen und widerstandsfähigem oder zähem Material kann sich der Bohrer festbohren und dreht sich dann nicht mehr mit dem Bohrfutter mit. In diesem Fall muss der Bohrer mit geringer Drehzahl aus dem Loch entfernt und dann neu eingespannt werden.

Soll ein möglichst grosses Drehmoment übertragen werden, etwa bei Bohrern mit einer Dicke ab 13 mm, eignen sich zylindrische Schäfte nicht mehr optimal, diese Bohrer verfügen meist über einen so genannten Morsekegel-Schaft, der eine reibschlüssige Verbindung ermöglicht und so deutlich grössere Kräfte übertragen kann. Ein weiterer Vorteil von MK-Schäften ist das einfache Lösen und Spannen der Verbindung, das ohne zusätzliches Werkzeug erfolgen kann. Namensgeber des Morsekegels ist übrigens Stephen Morse, der den Verschluss bereits Mitte des 19. Jahrhunderts in den USA entwickelte und nicht der Erfinder des Morsecodes, Samuel F. B. Morse.



Fazit: Mit dem richtigen Werkzeug lässt sich jedes Material bohren und bearbeiten. Wichtig ist, die Bohrer nicht zu überhitzen und immer die richtigen Bohrer für den Werkstoff zu nutzen, um den Verschleiss zu verringern und die Haltbarkeit zu erhöhen.

 

Oberstes Bild: © Syda Productions – shutterstock.com

Über Christian Praetorius

Christian Praetorius, Jahrgang 1969, gelernter Controller und Logistiker mit jahrelanger Berufserfahrung. Seit 2012 gemeinsam mit seiner Frau Christine als freier Texter und Autor selbständig, erfolgreich und glücklich. Seine Kunden schätzen ihn für klare Worte, originelle Slogans und kreative Wortspiele ebenso wie für seine absolute Zuverlässigkeit und Kundenorientierung. Schreibt aus Berufung und mit Leidenschaft für die Sprache, die Botschaft und den Leser.


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