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  • Publizist und Freier Dozent, von Hause aus Ingenieur sowie gelernter Mechaniker und gelernter Maurer, Querdenker, Naturfreund und -nutzer, technisch interessiert aber auch technikkritisch, glaube nicht alles was mir erzählt wird.
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Andreas Quiring  

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Biohof-Gemeinschaft Baum des Lebens

25. April 2009 6 25 /04 /April /2009 13:37

Nachdem nun die Artikelreihe Metallbearbeitung für den Hausgbrauch immer länger wird, habe ich ganz einfach eine Leitseite zu dieser Artikelserie und zu allem, was mit Metallbearbeitung einschließlich Schmieden zu tun hat eingerichtet. Heute geht es um das Bohren, Senken und Reiben, wobei vor allem das Bohren eine wichtige Fertigkeit des Heimwerkers ist.

Bohren, Senken und Reiben

Bohren, Senken und Reiben sind heutzutage Arbeitsverfahren, die man praktisch nur mit Hilfe von Maschinen anwendet, also keine Schraubstockarbeiten im eigentlichen Sinne, die ja den Schwerpunkt dieser Artikelserie bilden. Trotzdem behandele ich sie hier, da sie, wie die Schraubstockarbeiten auch, mit erschwinglichen Hilfsmitteln ausgeführt werden können. Ausserdem sind das Bohren und auch das Senken Vorausetzung für das Schneiden von Innengewinden von Hand im Schraubstock, was wiederum zu den Schraubstockarbeiten gehört und in dieser Artikelserie auch noch behandelt werden soll.

Die Maschine

 Im profesionellen Bereich werden zum Bohren, Senken und Reiben vor allem Ständerbohrmaschinen eingesetzt, die auf dem Boden stehen und die Bearbeitung auch ziemlich großer Werkstücke erlauben. Wer ein solches Gerät - womöglich noch mit mechanischem Vorschub - ergattern kann und den nötigen Platz zur Aufstellung besitzt, darf sich natürlich glücklich preisen.
  Aber man kann sich auch anders behelfen. Wichtig ist, dass das Werktsück rechtwinkelig zur Bohrachse aufliegt und die Bohrmaschine gut geführt wird, damit man die Bohrungen auch winkelig in das Werkstück bekommt. Das gilt übrigens auch für das Bohren von Holz.
 Zur Not tut es auch eine Handbohrmaschine, die man in einen der im Handel erhältlichen Bohrständer spannt. Er sollte aber einigermaßen stabil sein, damit eben das rechtwinkelige Bohren gewährleistet ist.
 Ich persönlich besitze seit einigen Jahren schon eine billige Tischbohrmaschine aus dem Baumarkt, die mir schon gute Dienste geleistet hat. Ziemlicher Schrott war an der Maschine lediglich das mitgelieferte Bohrfutter und auch der Maschinenschraubstock taugt nicht besonders viel.  Ansonsten arbeitet sie recht gut und auch die genannten Teile tun wenigstens notdürftig ihren Dienst. Alles in allem also kein rausgeschmissenes Geld.

Bohren

Das Bohren, normgerecht auch als „Einbohren“ bezeichnet, ist wohl das wichtigste spanende Arbeitsverfahren in der Heimwerkerpraxis. Durch das Bohren erzeugt man zylindrische Löcher, die als Lagerung für Zapfen, Wellen und Achsen, als Durchgangslöcher für Schrauben und Niete dienen oder mit einem Mutterngewinde (Innengewinde) versehen werden können. Heutzutage verwendet man zum Bohren praktisch ausnahmslos den in der Abbildung 14 gezeigten Spiralbohrer, der korrekt als Wendelbohrer bezeichnet werden müsste, was aber fast kein Mensch tut.

Die Spiralnuten, die für das Aussehen dieses Bohrers typisch sind, dienen nun nicht, wie fälschlicherweise oft angenommen, zur Förderung der Späne, sondern erzeugen den Spanwinkel. Bei der Betrachtung der Abbildung 14 wird dies klar. Aus dieser Überlegung folgt nun ohne weiteres, daß Bohrer mit großer Steigung (steile Wendel) einen großen Keilwinkel haben und sich daher für die Bearbeitung von härteren Werkstoffen eignen, Bohrer mit kleiner Steigung für weiche. Für unsere Anwendungen genügt es aber in den meisten Fällen, wenn wir Bohrer mit mittlerer Steigung, wie sie für Baustahl üblich sind, besitzen.

Um kleine Werkstücke zu bohren spannt man die Handbohrmaschine in einen Bohrständer ein, wie das in Abbildung 15 zu sehen ist. An diesem befindet sich ein Hebel, mit dessen Hilfe sich die Bohrmaschine auf und ab bewegen läßt. Das ganze kann jetzt bedient werden wie eine Tisch- oder Säulenbohrmaschine. Wer eine solche sein eigen nennen darf oder wenigstens Zugang zu einer hat, ist natürlich fein raus. Bei diesen Maschinen bewegt sich nicht der ganze Bohrmechanismus sondern nur die Spindel auf und ab. Da an diesen alles massiver ist als an einer Handbohrmaschine mit Bohrständer, erzielt man natürlich ein bessere Genauigkeit. Für den Hausgebrauch kommt man aber fast immer mit dem Provisorium der Handbohrmaschine im Ständer ganz gut hin.

Das Werkstück spannt man in einen Maschinenschraubstock ein. Solche Maschinenschraubstöcke gibt es auch in Baumärkten zu kaufen. Leider sind auch hier die billigen Modelle im allgemeinen nicht viel wert. Wichtig ist, daß das Werkstück sicher festgehalten wird, und zwar so, daß seine Kanten parallel bzw. rechtwinklig zur Auflagefläche des Schraubstockes liegen. Nur so wird gewährleistet, daß die Bohrungen nachher nicht schief im Werkstück liegen. Dazu gehört natürlich auch, daß man die Arbeitsfläche des Bohrständers sauber hält.

Den Bohrer spannt man wie üblich im Spannfutter der Bohrmaschine mit Hilfe des Spannschlüssels fest. Anschließend darf man diesen nicht stecken lassen, da er beim Einschalten der Maschine unweigerlich in eine stochastische Richtung fliegt, wobei eine gute Wahrscheinlichkeit besteht, daß diese zum Körper des Bohrenden, zu einem unbeteiligten Zuschauer oder zu einem zerbrechlichen Gegenstand in der näheren Umgebung weist.



Abb. 1: So sieht die Spitze eines korrekt geschliffenen Bohrers aus

In der Abbildung 14 ist zu erkennen, dass beim Zuschleifen des Spiralbohrers außer den beiden Hauptschneiden die sogenannte Querschneide entsteht. Sie ist nicht nur unnütz, sondern sogar schädlich: Sie schneidet nämlich keineswegs sondern schabt nur ein wenig auf dem Grund der Bohrung herum. Die Nutzlosigkeit ihres Wirkens hält sie jedoch keineswegs davon ab, die Hälfte der Vorschubkraft dafür aufzubrauchen! Leider ist sie unvermeidlich, weil zwischen den Spiralnuten des Bohrers ein Steg Material stehen bleiben muss. Übrigens hängt der Freiwinkel des Bohrers vom Winkel zwischen Haupt- und Querschneide ab. Er sollte für Baustahl ca. 55° betragen.

Das Wissen um die Querschneide am Bohrer ermöglicht nun zwei Maßnahmen, die das Arbeitsergebnis verbessern. Zum einen ist es sinnvoll, größere Bohrungen zunächst mit einem kleineren Bohrer vor- und dann - evt, sogar in mehreren Stufen - aufzubohren. Ab dem zweiten Bohrer dreht sich dann die Querschneide im Leeren und kann keinen Schaden anrichten. Das ist der Grund dafür, daß das Aufbohren immer leichter geht, als das Bohren ins volle bei gleichem Zerspanungsquerschnitt. 

Die zweite Maßnahme betrifft die Arbeitssicherheit und die Schonung des Materials: Da am Ende des Bohrvorganges die Spitze des Bohrers - und damit die Querschneide - zuerst aus dem Werkstück austritt, nimmt diese plötzliche keine Kraft mehr auf. Die gesamte Vorschubkraft kommt nun den beiden Hauptschneiden zugute, an denen die Spandicke und damit die Schnittkraft sprunghaft ansteigt. Die Folge ist ein plötzlicher Anstieg des Drehmomentes um die Bohrerachse, welcher dem Bohrenden den Maschinenschraubstock aus der Hand reißen kann. Kurz vor dem Durchtritt des Bohrers - man spürt ihn an einem kleinen Ruck - sollte daher der Druck auf den Hebel verringert werden.

Bei der maschinellen Bearbeitung von Metall sollte gekühlt und/oder geschmiert werden. Wasser ist ein Kühlmittel, Öl ein Schmiermittel. Zum Schneiden gibt es spezielle Schneidöle, deren Moleküle sich vor allem durch eine große Beständigkeit gegen die bei der Spanbildung entstehenden Drücke auszeichnen. Notfalls kann man es auch zum Bohren verwenden, bei härteren Stählen ist es sogar die richtige Lösung. Im Normalfall verwendet man jedoch das sogenannte Bohrwasser, auch Bohrmilch genannt, eine Emulsion von Öl in Wasser. Sie wird hergestellt, indem man das einen Emulgator enthaltende Bohröl (aus dem Industriebedarfshandel) nach der Vorschrift des jeweiligen Herstellers mit Wasser mischt.

Während des Bohrens spritzt man nun von Zeit zu Zeit ein wenig Bohrmilch mit einem Ölkännchen an den Bohrer. Man kann auch einen kleinen Pinsel dazu verwenden. Bohrmilch steht neuerdings (wie mittlerweile fast alle Dinge) unter dem dringenden Verdacht, krebserregend zu sein. Allerdings wird ein wirkliches Risiko nur da auftreten, wo große Mengen dieser Flüssigkeit durch hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit vernebelt werden. Trotzdem sollte man beim Bohren entstehende Dämpfe möglichst nicht einatmen.


Abb. 2: Bohren mit der Handbohrmaschine im Bohrständer

Je größer der Bohrer ist, desto kleiner ist die Drehzahl, mit dem man in laufen läßt. Die Schnittgeschwindigkeit errechnet sich zu

 

VSchnitt = d x n x π

 

wobei n die Drehzahl und d der Bohrerdurchmesser ist. Da die Schnittgeschwindigkeit eine vom Material des Werkstückes und des Werkzeuges abhängige Konstante ist, hängt die erlaubte Drehzahl vom Bohrerdurchmesser ab:

 

         VSchnitt

n = - -------------------

           d x π

Bei der erlaubten Schnittgeschwindigkeit können wir von folgenden Werten ausgehen:

 

Werkstoff

Bohrer aus Werkzeugstahl

Bohrer aus Schnellstahl

Baustahl

12..16 m/min

20..35 m/min

Niro

4..7 m/min

10..20 m/min

Bronze

20..50 m/min

50..100 m/min

Messing

25..35 m/min

50..100 m/min

Aluminium

25..40 m/min

35..60 m/min

 

Ein besonderes Problem stellt das Bohren von Messing dar: Wie man leicht beim Feilen feststellen kann, läßt es sich sehr gut zerspanen, da es weich und gleichzeitig spröde ist. Dem Bohrer wird diese gute Zerspanbarkeit jedoch leicht zum Verhängnis. Er schneidet so gut, daß er richtiggehend in den Werkstoff hineingezogen wird und dann durch Überlastung bricht. Abhilfe schafft ein Bohrer mit steilerer Steigung, der dadurch einen größeren Keil- und einen kleineren Spanwinkel besitzt. Ist ein solcher nicht zur Hand, hilft man sich indem man den Freiwinkel kleiner macht. Messing, wie auch Bronze und Aluminium, bohrt man übrigens mit Petroleum oder ohne Zugabe von Kühlschmiermittel.

 

Bohren macht nur solange Freude, wie der Bohrer auch gut schneidet. Irgendwann wird er, wie jedes Werkzeug, stumpf und muss nachgeschärft werden. Das geschieht am Schleifbock, ist nicht ganz einfach, aber durchaus erlernbar.


Abb. 3: So wird die Querschneide des Spiralbohrers ausgespitzt

 Zunächst muss die Spitze des Bohrers symmetrisch und mittig sein sowie einen Winkel von ca. 118° aufweisen. Wenn die Spitze nicht in der Mitte sitzt, eiert der Bohrer und bohrt größer als sein Durchmesser ist. Es reicht auch nicht aus, den Bohrer kegelig zuzuschleifen, da er dann keinen Freiwinkel besitzt. Die Freiflächen müssen gegenüber dem von den Schneidenkanten bei der Drehung erzeugten Kegel etwas zurück fallen. Wenn die Querschneide mit den Hauptscheiden einen Winkel von etwa 55° bildet, stimmt der Freiwinkel für Stahl.

Um die bereits erwähnte Querschneide zu verkleinern, spitzt man den Bohrer aus. Dabei wird, wie in der Abbildung 16 gezeigt, an der der Schneide abgewandten Seite zwischen Wendelnut und Freifläche eine Fase angeschliffen. Diese verkürzt die Querschneide und mindert dadurch deren nachteilige Wirkung. Dass Ausspitzen der Schneide geschieht an der Kante der Schleifscheibe. Man muss dabei aber sehr aufpassen, daß man nicht an die Schneidenkante kommt und diese stumpf macht.

Bei der Anschaffung eines Sortimentes von Bohrern sollte man sich auch wieder überlegen, was man wirklich braucht. Es gibt solche Sortimente in Blech- und Plastikschachteln verpackt, in denen die Bohrer auch - vor allem in den Blechschachteln - zeitlebens gut untergebracht sind. Sinnvoll für den Hausgebrauch sind Sortimente bis ca. 10 mm Durchmesser, da dies meist die Obergrenze für die bei Handbohrmaschinen üblichen Bohrfutter und deren Belastungsgrenze in Stahl ist. Es gibt größere Bohrer, die hinten auf einen kleineren Durchmesser angedreht sind, damit sie in ein kleineres Futter passen. Dabei ist aber zu beachten, daß mit dem Bohrerdurchmesser nach dem Hebelgesetz auch das Drehmoment und damit die Belastung für die ganze Bohreinrichtung steigt. Wenn man größere Durchmesser als 10 mm verwendet, sollte man daher auf jeden Fall erst mit einem kleinen Durchmesser durch- und dann stufenweise aufbohren.

Bohrersortiments gibt es in 0,5 und 0,1 mm gestuft. Für die Werkstattpraxis des Selbermachers hat sich die 0,5er Stufung bewährt, da vor allem „Glatte“ Maße - ganze Millimeter verwendet werden. „Krumme“ Maße benötigt man für die Kern- und Durchgangslöcher beim Gewindeschneiden. Diese Bohrer kann man jedoch einzeln kaufen und mit den zugehörigen Gewindebohrern zusammen aufbewahren. Bei den Gewindedurchmessern bis etwa M10 ist das Durchgangsloch normalerweise 0,3 mm größer vorzusehen als der Gewinde-Nenndurchmesser: z.B. 6,3 mm für M 6. Meist schadet es jedoch nichts, wenn man ihn 0,5 mm größer wählt und dann die sowieso vorhandenen Bohrer verwenden kann.

Krumme Bohrerdurchmesser benötigt man auch für sehr genaue Bohrungen, die ausgerieben werden, man bohrt hier ein oder zwei Zehntelmillimeter kleiner als das Nennmaß.

Senken

Senker sind Werkzeuge zum nachträglichen Bearbeiten von Bohrungen. Man läßt sie sehr langsam (je nach Größe ca. 200..300 min-1) laufen. Der gebräuchlichste Senker ist der Kegelsenker oder Krauskopf. Es gibt ihn mit 90° Spitzenwinkel zum Entgraten bzw. Anfasen und mit 60° zum Ansenken von Gewindelöchern und für Kegelsenkschrauben. Den 90° Senker braucht man nicht unbedingt, da man auch mit 60° einigermaßen Entgraten kann. Notfalls kann man dazu und zum Ansenken der Gewindelöcher auch einen entsprechend größeren Bohrer nehmen, nur für Kegelsenkschrauben muss der Winkel unbedingt stimmen.

Zum Versenken von Schrauben mit einem zylindrischen Kopf benutzt man sogenannte Zapfensenker. Mit Ihnen kann man den Anfang einer Bohrung so aufbohren, daß der darin liegende Schraubenkopf eine satte Auflagefläche erhält. Diese Werkzeuge sind aber teuer, schwer nachzuschärfen und müssen für jede vorkommende Durchmesserpaarung gesondert vorhanden sein, sodass sich die Anschaffung nur für den Profi lohnt. Benötigt man sie als Heimwerker tatsächlich einmal, wird es sinnvoller sein, die Senkungen in einer mechanischen Werkstätte durchführen zu lassen.

Reiben

Wenn eine Bohrung mit dem Bohrer nicht rund und/oder maßhaltig genug herzustellen ist, wird zunächst etwas kleiner gebohrt und dann mit der Reibahle aufgerieben. Früher tat man dies oft mit der Handreibahle im Schraubstock, heute sind Maschinenreibahlen für die Bohrmaschine gebräuchlich.

Gebräuchlich sind Reibahlen der Toleranzlage H, was besagt, daß das tatsächlich erzeugte Maß der Bohrung etwas größer, auf keinen Fall jedoch kleiner als das Nennmaß ist. Zur Toleranzangabe gehört noch eine Zahl (die sogenannte Qualität), die festlegt, wieviel das tatsächliche Maß vom Nennmaß abweichen kann. Eine Bohrung 5H7 z.B. muss einen Durchmesser von 5,000 bis 5,012 mm aufweisen. Diese Maße entnimmt man entsprechend Toleranzlage (hier „H“), Qualität (hier „7“) und Nenndurchmesser (hier 5mm) entsprechenden Tabellen, zum Beispiel im Tabellenbuch Metall aus dem Europa Verlag. Eine genaue Erklärung des ISO-Toleranz- und Passungssystems würde hier jedoch zu weit führen. Wer hier tiefer einsteigen möchte, kann dies anhand entsprechender Fachliteratur tun. Empfehlenswert ist auf jeden Fall das auch in Berufsschulen verwendete Lehrbuch „Fachkunde Metall“ aus dem Europa Verlag.

Am ehesten benötigt der Selbermacher geriebene Bohrungen, wenn er Teile verstiften will um eine genaue Positionierung bei jedem Zusammenbau nach einer Demontage zu gewährleisten. Dazu werden die Bohrungen auf einem Teil zunächst angerissen und gekörnt. Dann werden die zu verstiftenden Teile montiert, in die gewünschte Lage zueinander justiert und fixiert. Anschließend werden die Bohrungen hergestellt, ausgerieben und mit Passstiften versehen. Um die Reibahle nicht kaputtzumachen, läßt man sie genauso langsam laufen, wie einen Senker. Geschmiert wird beim Reiben üblicherweise mit Schneidöl.

Eine Problematik beim Reiben liegt darin, daß man zum Vorbohren einen sehr genau geschliffenen Bohrer benötigt. Es wird üblicherweise ein Zehntelmillimeter kleiner vorgebohrt als der Nenndurchmesser. Da ein ungenau geschliffener Bohrer jedoch ohne weiteres ein 1/10 mm zu groß bohrt, kann es ohne weiteres passieren, daß die Reibahle durch das vorgebohrte Loch fällt und nichts mehr zum Reiben da ist. Daher sollte man, bevor man das eigentliche Werkstück bearbeitet, Versuche vornehmen.

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Kommentare

Mark 04/16/2016 20:56

Hallo Fokko,
Da hast du ja mal einen umfassenden Atikel hingezaubert. Wer künftig mit Werkzeugmaschinen arbeiten will, weiß nun Bescheid ;-) Bei dem Bohrmaschinenschraubstock würde ich tendenziell immer einen von Röhm wählen wenn dieser von den Abmessungen her passt. Da gibts meiner Erfahrung nach keinen besseren Hersteller in dem Bereich. Was kannst für Maschinenschraubstöcke empfehlen bzw. hast du dir schon einen neuen angeschafft?

Laufende Kosten zu hoch?

Zu hohe Stromrechnung? Gas zu teuer? Internetkosten inakzeptabel?

 

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