Bohreinsatz
von Links: 8 mm-Bohrer für Holz, Metall und Beton sowie ein Zentrierbohrer

Ein Bohrer, auch Bohr-Einsatz genannt, ist ein Werkzeug oder Werkzeugteil zum Erzeugen kreisrunder Löcher in ein Material durch Zerspanen. Das entstehende Loch wird Bohrung genannt.

Das Verfahren selbst heißt Bohren und zählt in der Ordnung der Fertigungsverfahren auf Grund der definierten Schneide zu den Trennverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide.

Inhaltsverzeichnis

Allgemeines

Bearbeitung eines Magnetträgerrades (ca.1904): zwei Radialmaschinen bohren die Löcher zur Aufnahme der Polschuhe, gleichzeitig bohrt eine kleine mobile Bohrmaschine die kleineren Bohrungen und eine Nutenziehmaschine zieht die Keilnuten ein.

Ein gewöhnlicher Bohrer weist an der Spitze zwei Schneiden auf, die von dem zu bearbeitendem Material je einen Span abnehmen. Die Späne werden durch seitliche, wendelförmig eingearbeitete Nuten entgegen der Vorschubrichtung aus dem entstandenen Bohrloch heraus geleitet.

Am Ende des Bohrers befindet sich ein zylinderförmiger Schaft (manchmal auch ein Sechskant), an dem er über ein Spannfutter mit einer Bohrmaschine verbunden werden kann. Größere Durchmesser (ab ca. 10 mm) können auch mit einer kegelförmigen Aufnahme, dem so genannten Morsekegel versehen sein.

Wendelbohrer (häufig auch Spiralbohrer genannt, obwohl die Form keiner Spirale ähnelt) werden rollgewalzt oder geschliffen. Rollgewalzte Wendelbohrer haben aufgrund ihrer Fertigungsmethode eine hohe Elastizität. Sie sind ein konventionelles Werkzeug zum Bohren unter normaler Beanspruchung. Geschliffene Bohrer sind aus gehärtetem Vollmaterial hergestellt und ermöglichen Arbeiten mit engen Toleranzen sowie hohen Standzeiten.

Abgrenzungen

Das Bohren unterscheidet sich von anderen Zerspanverfahren wie folgt:

  • Beim Fräsen erfolgt der Vorschub in allen drei Dimensionen.
  • Beim Drehen steht das Werkzeug (meist) fest, während das Werkstück rotiert.
  • Beim Schleifen sind die Schneiden geometrisch unbestimmt.

Formen von Bohrern

Ein Bohrer besteht aus Schaft und Kopf. Der Bohrerschaft überträgt das Drehmoment auf den Bohrkopf, führt den Bohrkopf, ermöglicht den Abfluss des Bohrguts und stellt die Zufuhr eines Kühlschmiermittels sicher. Der Bohrkopf übernimmt die Zerspanarbeit.

Kühlschmierstoff

Kühlschmierstoff (KSS) soll die Reibung verringern und die beim Bohren entstehende Wärme und anfallende Späne abführen. Dies hält den Bohrer länger schneidhaltig, bis er verschleißbedingt wieder angeschliffen werden muss, und erhöht die Oberflächengüte der Bohrung. KSS hat also beim Bohren drei Aufgaben:

  • Ausspülen des Bohrgutes (Späne, Bohrschlamm, Schmant)
  • Abfuhr der Reibungswärme durch das Zerspanen und Umformen
  • Verringerung der Reibung zwischen Bohrer und Werkstück

Für die unterschiedlich zu bohrenden Materialien werden unterschiedliche Kühlschmierstoffe eingesetzt:

  • Bei Stahl wird oft Schneidöl oder eine Kühlschmierstoffemulsion eingesetzt.
  • Grauguss wird wegen des im Material enthaltenen Grafits meist trocken gebohrt.
  • Bei Aluminium hat sich auch Spiritus bewährt.
  • Holz und Kunststoff werden ebenfalls meist trocken gebohrt.
  • Für Gestein wird ein Gemisch aus Wasser und den so genannten Compounds verwendet. Compounds sind Kunststoffe, denen zusätzliche Füll- oder Verstärkungsstoffe beigemischt worden sind.

Häufig werden Kühlschmierstoffe mittlerweile durch die Minimalmengenschmierung eingebracht oder gänzlich durch die Trockenbearbeitung ersetzt.

Holzbohrer

Ein Holzbohrer zeichnet sich dadurch aus, dass er in der Mitte eine dünne Spitze zur Zentrierung hat. Die beiden Schneiden stehen außen so vor, dass der Rand des Loches als erstes geschnitten wird. Dadurch werden die Fasern des Holzes sauber abgeschnitten und das Loch bekommt einen relativ glatten Rand.

Holzbohrer bestehen meist aus einer Chrom-Vanadium-Legierung und sind teilweise auch hartmetallbestückt.

Forstnerbohrer

Forstnerbohrer

Ein Forstnerbohrer dient zur Herstellung von planen Bohrungen mit größeren Durchmesser (erhältliche Größen: ab 6 mm). Eine Anwendung ist die Herstellung von Aufnahmebohrungen für Scharniere und Verbindungsbeschläge in Möbeln.

Nagelbohrer

Nagelbohrer

Nagelbohrer bestehen aus einem am Ende spiralförmig geformten Stahldraht, der oben entweder einen angenieteten Holzknebel oder eine aus dem Draht gebogene Schlaufe als Handgriff besitzt. Er dient vor allem zum Vorbohren von Löchern für Nägel im Holz. Heute sind nur noch kleine Durchmesser in Gebrauch, früher auch über 10 mm. Die Oberfläche der Bohrung ist rau, da der Bohrungsrand ausreißt. Diese Stelle wird jedoch vom Nagelkopf verdeckt. Andererseits hilft gerade diese raue Bohrung den Nagel fest zu halten. Aufgrund seiner kostengünstigen Herstellung wurde er auch von Bastlern verwendet, die keine Bohrmaschine besaßen.

Schlangenbohrer

Schlangenbohrer

Der Schlangenbohrer, auch Stangen-Schlangenbohrer genannt, ist ein Holzbohrer, der aufgrund der guten Spanförderung besonders für tiefe Löcher verwendet wird. Die Zentrierspitze besitzt ein Gewinde, wodurch der Bohrer ins Holz gezogen wird. Um ein sauberes Bohrloch zu erzeugen durchtrennt der halbrunde Vorschneider zuerst die Holzfasern am Rand. Anschließend hebt die Schneide die, wie beim Forstnerbohrer, senkrecht zur Längsachse des Bohrers ist, den Span ab. Dieser wird dann durch den Gewindegang nach außen geführt. Es gibt ein- und zweigängige Ausführungen, wobei die letzteren weniger gebräuchlich sind. Die Steigung der Gewindegänge ist im Vergleich zu anderen Spiralbohrern sehr gering.

Wendelbohrer

HSS-Bohrer mit Beschichtung aus Titannitrid

Wendelbohrer haben eine kegelförmige Schneide, üblich ist ein Spitzenwinkel von 118° (HSS-Bohrer) oder 135° (Hartmetallbohrer). Da die Schneidengeometrie auf die Bearbeitung vielerlei Metalle ausgelegt ist, wird dieser Typ auch als Metallbohrer bezeichnet. Es lassen sich mit ihm jedoch auch Kunststoffe und Hölzer zerspanen, doch eignen sich hierfür spezielle Bohrer wesentlich besser.

Schneidengeometrie

Stahlbohrer: Spitzenwinkel 118°, Wendelwinkel 27°
Bohrspitze eines Stahlbohrers mit Hauptschneiden (HS) und Querschneide (QS)

Wendelbohrer Typ N für Stahl weisen einen Seitenspanwinkel (Wendelwinkel) von 19° bis 40° auf und einen Spitzenwinkel von 118°. Für Typ H (harte, zähharte oder kurzspanende Werkstoffe) ist er kleiner (10° bis 19°) und der Spitzenwinkel 60° bis 130°, für Typ W (weiche, zähe oder langspanende Werkstoffe) größer (27° bis 45°), der Spitzenwinkel beträgt hier 130°. Die beiden Hauptschneiden (HS, siehe Bild) an der Bohrspitze verlaufen parallel, wodurch eine sogenannte Querschneide (QS) entsteht. Sie ist üblicherweise um 55° zu den Hauptschneiden versetzt. Diese schneidet - entgegen der Bezeichnung - nicht, sondern hat eine schabende Wirkung, sie steht quer zur Bohr- bzw. Vorschubrichtung und erhöht den erforderlichen Arbeitsdruck, (Die Vorschubkraft für die Querschneide beträgt etwa ein Drittel der gesamten Vorschubkraft) auf das Bohrwerkzeug sowie die Gefahr des so genannten "Verlaufens", d.h. die seitliche Lageverschiebung beim Anbohren. Um dies zu verhindern, muss grundsätzlich vor dem Bohren gekörnt werden. Durch eine besondere Anschlifftechnik, das sogenannte Ausspitzen, kann die Querschneide verkleinert werden, um Vorschubkraft und damit das Bohrmoment zu reduzieren. Der Werkzeugduchmesser ist an der Spitze maximal (Nenndurchmesser) und nimmt zum Schaft hin etwas ab. Diese als Verjüngung bezeichnete Verringerung des Werkzeugduchmessers liegt etwa im Bereich von 0,2 mm Durchmesser auf 100 mm Länge.

Beim Bohren von größeren Bohrungen und zur Sicherstellung einer lagegenauen Bohrung empfiehlt es sich trotzdem, vorher mit einem Zentrierbohrer oder einem kleineren Bohrer vorzubohren. Der Durchmesser dieses Bohrers sollte mindestens die Größe der Querschneide (0,3*D) haben.

Werkzeugtypen

Bei Wendelbohrern unterscheidet man im Wesentlichen drei Werkzeugtypen: Typ W für weiche Werkstoffe (langspanend), Typ H für harte und spröde Werkstoffe (kurzspanend) und Typ N für normalharte Werkstoffe (normalspanend). Sie unterscheiden sich durch die Größe des Spanwinkels gamma. Typ W 27 - 45 Grad, Typ H 10 - 19 Grad und Typ N 19 - 40 Grad.

Bohrerwerkstoffe

Wendelbohrer bestehen aus Schnellarbeitsstahl (HSS; Hochleistungsschnellschnittstahl), einfache aus Chrom-Vanadium-Stählen (CV). Für extreme Anwendungen in zähen Metallen aus Hartmetall.

Die Härte und Verschleißfestigkeit dieser Bohrer kann weiter durch verschiedene Beschichtungen z.B. aus TiAlN (Titanaluminiumnitrid - violette Färbung), TiCN (Titancarbonitrid - braunschwarze Färbung) oder TiN(Titannitrid- goldene Färbung) erhöht werden. Beschichtete Bohrer zeichnen sich zudem durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit, einer hohen Lebensdauer und deutlich erhöhten Vorschub- und Schnittgeschwindigkeiten aus. Weiterhin kann die Beschichtung ein Festkleben oder sogar Verschweissen des zu spanenden Werkstoffs an der Schneide verhindern und den Bohrer evtl. zur Trockenbearbeitung geeignet machen. Der erhöhte Einkaufspreis wird durch die genannten Vorteile meist wett gemacht. Zum Einsatz kommen beschichtete Bohrer meist in der CNC-Bearbeitung.

Zur Bearbeitung von gehärtetem Stahl, Manganstahl, Hartguss, faserverstäkten Verbundwerkstoffen oder Beton werden Bohrer mit eingesetzten Hartmetallschneiden oder Vollhartmetallbohrer verwendet. Auch an automatischen Werkzeugmaschinen hat der Vollhartmetallbohrer aufgrund der deutlich höheren Schnittgeschwindigkeit die HSS-Bohrer weitestgehend verdrängt.

Zentrierbohrer und Anbohrer

Zentrierbohrer für Zentrierbohrungen nach DIN 332 Form A

Ein Zentrierbohrer ist ein dünner Bohrer (1-10 mm Nenndurchmesser) aus HSS mit einem dicken Schaft. Eine Anwendung ist die Herstellung eines Zentrierpunktes an langen, schlanken Drehteilen für die Reitstockspitze auf einer Drehmaschine. Aufgrund der kurzen Bohrerlänge wird ein Verlaufen des Bohrers beim Anbohren vermindert, wodurch sich der Zentrierbohrer auch zum Anbohren eignet. Das eigentliche Loch kann anschließend mit einem Wendelbohrer gebohrt werden, welcher durch die Zentrierbohrung von Anfang an seitlich geführt ist. Es lassen sich jedoch mit einem Zentrierbohrer keine tiefen Löcher bohren; er ist nur zum Vorbohren geeignet.

Auf Werkzeugmaschinen und insbesondere auf Bearbeitungszentren werden nur NC-Anbohrer verwendet. Diese haben keine Spitze, wodurch sich kürzere Anbohrwege ergeben, und einen Spitzenwinkel von 60°, 90° oder 120°. Tiefe Löcher können damit nicht gebohrt werden, da sie keine Führungsfasen besitzen. Ist die Senkung tief genug, dient sie bei der späteren Bohrung gleichzeitig als Fase. Die Drehzahl beim Zentrieren sollte sehr hoch gewählt werden, jedoch sollte dann für ausreichende Kühlung gesorgt werden. Hierfür ist Bohrwasser am besten geeignet.

Aufbohrer

Aufbohrer dienen zum Erweitern vorgebohrter, vorgestanzter oder vorgegossener Bohrungen. Im Falle des gewendelten Senkers ähnelt ihr Aufbau dem des Wendelbohrers, nur dass drei oder vier Schneiden zur Verfügung stehen. Dies erhöht das Zeitspanvolumen, gibt dem Bohrer eine bessere Führung und erhöht damit die Rundheit und Richtung der Bohrung. Bei tiefen Bohrungen hat sich das modulare System aus Aufsteck-Halter als Bohrerschaft und Aufsteck-Aufbohrer als Bohrkopf bewährt.

Wendeplattenbohrer

Zum Bohren großer Bohrungen ins Volle verwendet man auf Bearbeitungszentren Wendeplattenbohrer. Diese bestehen aus einem Grundkörper aus Werkzeugstahl mit Spannfläche und Spannuten und der Aufnahme für eine, meist jedoch mehrere Wendeschneidplatten aus Hartmetall. Diese werden üblicherweise mit Schrauben im Plattensitz befestigt.
Wendeplattenbohrer sind insofern ein Sonderfall, als dass sie eigentlich Bohrer mit nur einer Schneide sind. Die (meistens) zwei Platten arbeiten in verschiedenen Durchmesserbereichen, die innere Platte zerspant im Zentrum, während die Äußere die Bohrungswand bearbeitet (beim Spiralbohrer bearbeiten beide Schneiden denselben Bereich). Dadurch werden die Platten sehr ungleichmäßig belastet (Schnittgeschwindigkeit, Schnittweg), weswegen eine sorgfältige Anpassung von Werkstoff, Schneidstoff und Schneidengeometrie empfehlenswert ist.
Durch die bei Wendeschneidplatten recht hohen Vorschubwerte pro Schneide sind trotz des Fehlens der 2. Schneide die Vorschübe vergleichbar mit den Vorschüben, welche mit Wendelbohrern erreichbar sind.

Tiefbohrer

Tiefbohren auf Bearbeitungszentrum

Tiefbohren in der Metallverarbeitung beginnt (gemäß VDI 3210) bei einer Bohrungstiefe vom 3-fachen des Werkzeugdurchmessers. Das Verfahren wird auch, sprachlich etwas unkorrekt, Tieflochbohren genannt (diese Bezeichnung enthält eine Redundanz, denn Bohren ist ohne Loch nicht möglich). Mit den Tiefbohrverfahren lassen sich Bohrungen bis zum 250fachen des Werkzeugdurchmessers erzielen bei gleichzeitig hoher Oberflächengüte und Einhaltung von Bohrungstoleranzen bis H8(H7). Die wesentlichen Tiefbohrverfahren sind das Einlippen-Tiefbohren (ELB) und das BTA-Tiefbohren. Der Einlippentiefbohrer (ELB-Werkzeug) besteht aus Einspannhülse, Rohrschaft und Bohrkopf. Der Bohrkopf besteht bei kleineren Werkzeugdurchmessern aus eingelötetem Vollhartmetall in das die Werkzeuggeometrie eingeschliffen wird. Größere Werkzeugköpfe bestehen heute aus Stahl und haben eingeschraubte Hartmetall-Wirkelemente. Die Werkzeuge tragen in der Regel eine Schneide. Am Umfang befinden sich je nach Bauform, abhängig von der Bohraufgabe, eine, zwei oder ggf. auch drei Führungsleisten aus Hartmetall. Zum Beginn des Bohrprozesses zentriert eine Pilotbohrung oder Bohrbuchse das asymmetrisch aufgebaute Tiefbohrwerkzeug. Mit hohem Druck wird Kühlschmierstoff durch den Werkzeugschaft an die Wirkstelle gepresst. Er schmiert und kühlt die Wirkelemente (Schneide(n), Führungsleiste(n)) und spült die Späne aus der Bohrung. Beim BTA-Tiefbohren wird anders als beim ELB-Tiefbohren der Kühlschmierstoff zwischen Bohrrohr und Bohrungswand zur Wirkstelle geführt. Das Späne-KSS Gemisch wird dann im Inneren des Bohrrohres abgeführt. Seit einigen Jahren werden zunehmend zweischneidige (überlange) Spiralbohrer als Tiefbohrwerkzeuge eingesetzt. Das Längen-zu-Durchmesser-Verhältnis ist dabei im Gegensatz zu Einlippen-Tiefbohrwerkzeugen auf etwa 40 begrenzt. Der Vorteil dieses Werkzeugtyps ist eine Steigerung der Bearbeitungsgeschwindigkeit gegenüber dem Einlippen-Tiefbohren um bis zu 600%.

Betonbohrer

Zum Bohren in Beton benutzt man Bohrer, bei denen an der Spitze je Schneide ein Plättchen aus Hartmetall (Markenname: Widia) als Schneide durch Hartlötung mit dem Bohrer verbunden ist (deshalb umgangssprachlich Widia-Bohrer). HSS würde viel zu schnell stumpf werden. Da Hartmetall teuer und spröde ist und somit leicht bricht, wird nicht der ganze Bohrer aus Hartmetall gefertigt, sondern nur ein Einsatz in der Spitze.

Bohrkopf, Bohrkrone

Bohrköpfe für Tiefbohrungen
Bohrkrone zum Herstellen von Bohrungen für Unterputz- und Hohlwanddosen

Bohrköpfe und Bohrkronen werden bei Bohrungen im festen Gestein eingesetzt (z. B. Rotary-Bohrverfahren). Sie zerstören das Gestein im Bohrlochtiefsten. Bohrköpfe zerstören die gesamte Bohrlochsohle, das Gesteinsmaterial wird als feines Bohrklein aus dem Bohrloch – meist mit einer flüssigen Spülung, bei kurzen Bohrlöchern auch mit Druckluft – herausgespült. Bohrkronen hingegen sind ringförmig und werden für Kernbohrungen eingesetzt, bei denen das hohle Bohrgestänge das Gesteinsmaterial möglichst unbeschädigt aufnimmt. Bohrköpfe haben Durchmesser von wenigen Zentimetern bis über 30 cm. Bei Tiefbohrungen (bis 10 km Tiefe, z.B. Kontinentales Tiefbohrprojekt) werden Rollenmeißel (siehe Bild) eingesetzt. Heutige Modelle besitzen meist drei Rollen mit harten Metallnoppen. Diese zerstören das Gestein allein durch das Abrollen auf der Bohrlochsohle.

Eine weitere Form der Bohrkrone wird auch im Handwerksbereich bei der Hausinstallation zum Setzen von Hohlwanddosen (z.B. für Steckdosen oder Lichtschalter) eingesetzt. Sie kann in nahezu jeden Typ von Bohrmaschine eingespannt werden.

Bei dieser Form der Bohrkrone dient ein im Zentrum der Krone fixierter Führungsstab (ein Rundstahl oder Betonbohrer) als Zentrierung, damit die Bohrkrone beim Bearbeitungsvorgang nicht „verläuft“. Mehrere auf der Seitenwand der Krone nach vorne hin weisend aufgesetzte Schneidplatten (meist Hartmetallschneiden) fräsen sich in das zu bearbeitende Material. Da die Bohrkrone auf der Rückseite geschlossen ist, ist die optimale Tiefe der Bohrung bereits vorbestimmt.

Fließbohrer

Im Gegensatz zum spanenden Bohren ist das Fließbohren oder Fließformen ein spanloser Umformprozess in dünnwandigem Werkstoff. Der Fließbohrer hat eine konische Spitze und einen daran anschließenden zylindrischen Teil, der den Durchmesser der entstehenden Bohrung bestimmt, jedoch keine Spanräume wie ein herkömmlicher Bohrer. Das bearbeitete Material wird nicht zerspant, sondern durch die Kraft des Bohrers und die entstehende Reibungswärme verdrängt und zu einem wulstförmigen Auswurf verformt. Fließbohrer werden aus Hartmetall hergestellt.

Laserbohren

Laserbohren ist streng genommen eine Sonderform des Bohrens, denn es wird kein Span abgenommen. Der Laser erhitzt den Werkstoff, welcher anschließend schmilzt und verdampft oder mit Gas ausgeblasen wird. In nahezu alle Metalle, keramische Werkstoffe, Kunststoffe und Diamanten lassen sich mit diesem Verfahren Bohrungen bis 50 mm Tiefe und 10-2000 µm Durchmesser mit einer Genauigkeit von 1 µm einbringen. Unter Vakuum sind sogar 300 nm erreichbar. Man unterscheidet zwischen Einzelpulsbohren, Perkussionsbohren (Mehrfachpulsbohren) und Trepanierbohren (Bündelmanipulation durch eine rotierende Linse). Das Verfahren findet vor allem Verwendung, wenn viele Löcher unter Einhaltung enger Toleranzen hergestellt werden wie zum Beispiel bei Filtern, Sieben, Lagern, Einspritzmodulen und in der Hydraulik. Bei größeren mittels Lasern hergestellten Bohrungen spricht man vom Laserschneiden.

Siehe auch

Weblinks


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