Bohren
Bohren ist ein spanendes Fertigungsverfahren zur Erzeugung runder Innenformen – vor allem zylindrischer Bohrungen – in einem Werkstück mittels eines rotierenden, meist mehrschneidigen Werkzeugs. Es ist neben Drehen und Fräsen eines der grundlegendsten Zerspanungsverfahren und wird in nahezu jedem Bereich der Metall-, Holz- und Baustoffbearbeitung eingesetzt.
Definition und Verfahrensprinzip
Nach DIN 8589 zählt Bohren zur Hauptgruppe des Spanens mit geometrisch bestimmter Schneide. Kennzeichnend ist, dass das Werkzeug – der Bohrer – gleichzeitig die Schnittbewegung (Rotation) und in der Regel auch die Vorschubbewegung (translatorisch entlang der Werkzeugachse) ausführt, während das Werkstück meist ruht. Beim sogenannten Wendelbohren, dem klassischen Bohren mit Spiralbohrer, dringt das Werkzeug axial in das Material ein und trägt dabei über zwei (oder mehr) symmetrisch angeordnete Hauptschneiden Material ab.
Man unterscheidet grundsätzlich das Bohren ins Volle, bei dem eine Bohrung erstmals in massives Material eingebracht wird, vom Aufbohren, bei dem eine bereits vorhandene Bohrung im Durchmesser vergrößert wird. Weitere verwandte Verfahren sind das Senken (Erzeugen konischer oder zylindrischer Vertiefungen, etwa für Schraubenköpfe) und das Reiben (Feinbearbeitung einer Bohrung zur Erzielung hoher Maß- und Oberflächengenauigkeit). Die Zerspanungsgeometrie am Bohrer ist komplex: An der Bohrerspitze läuft die Schnittgeschwindigkeit von der Achse (nahezu null) bis zum Außendurchmesser (maximal) kontinuierlich an, was zu ungünstigen Zerspanungsbedingungen im Zentrum führt – ein Grund, warum Bohrerspitzen speziell geschliffen (etwa als Kreuzanschliff) oder mit einer Querschneide ausgeführt werden.
Bohrerarten
Die Wahl des Bohrerwerkzeugs richtet sich nach dem zu bearbeitenden Werkstoff sowie der gewünschten Bohrungsgeometrie:
| Bohrertyp | Haupteinsatzbereich | Merkmale |
|---|---|---|
| Spiralbohrer | Metalle, Kunststoffe | Zwei wendelförmige Nuten, Standardwerkzeug der Metallbearbeitung, Schneidstoffe u. a. Schnellarbeitsstahl (HSS) oder Hartmetall |
| Steinbohrer (Hartmetall-bestückt) | Mauerwerk, Beton, Naturstein | Hartmetallschneide an der Spitze, häufig in Kombination mit Schlagbohren oder Bohrhämmern eingesetzt |
| Holzspiralbohrer / Schlangenbohrer | Massivholz, Holzwerkstoffe | Zentrierspitze, saubere Schnittkanten, geringe Spanstauung |
| Forstnerbohrer | Holz | Erzeugt flachbodige, saubere Sacklöcher, auch quer zur Faser |
| Stufenbohrer | Dünne Bleche, Kunststoffe | Konischer Aufbau für mehrere Durchmesser mit einem Werkzeug |
| Zentrierbohrer | Vorbohren für Folgebearbeitung | Kurze, steife Bauform zur exakten Positionierung |
Je nach Schneidstoff (HSS, HSS-Co, Hartmetall, diamantbeschichtet) und Beschichtung (z. B. TiN, TiAlN) unterscheiden sich Standzeit, erreichbare Schnittgeschwindigkeit und Eignung für bestimmte Werkstoffgruppen erheblich.
Anwendungsbereiche
In der Metallbearbeitung ist Bohren eines der häufigsten Fertigungsverfahren überhaupt – von der Erzeugung von Durchgangs- und Gewindebohrungen über Schmier- und Kühlkanäle bis zu Passbohrungen für Verbindungselemente. Es kommt sowohl auf Handbohrmaschinen und Ständerbohrmaschinen als auch auf CNC-gesteuerten Bearbeitungszentren zum Einsatz.
In der Holzbearbeitung dient Bohren unter anderem der Aufnahme von Beschlägen, Dübeln und Verbindern sowie der Vorbereitung von Verschraubungen. Da Holz ein anisotroper, faseriger Werkstoff ist, unterscheidet sich das Bohrverhalten je nach Bohrrichtung (längs oder quer zur Faser) deutlich von dem homogener Werkstoffe.
Beim Bohren in Mauerwerk, Beton und Naturstein handelt es sich technisch häufig nicht um klassisches Spanen, sondern um eine Kombination aus Zerspanen und Zertrümmern des mineralischen Gefüges, unterstützt durch eine Schlagbewegung (Schlagbohren, Hammerbohren). Hierbei entstehen typischerweise feinkörnige, mineralische Bohrstäube.
Späne- und Staubentstehung
Die Art des entstehenden Zerspanungsprodukts hängt stark von Werkstoff und Bohrverfahren ab:
- Bei Metallen entstehen meist zusammenhängende Wendelspäne, deren Form von Vorschub, Bohrerspitzenwinkel und Werkstoffzähigkeit abhängt.
- Bei Holzwerkstoffen entsteht eine Mischung aus gröberen Spänen und feinem Holzstaub, dessen Anteil mit steigender Drehzahl und bei bindemittelhaltigen Plattenwerkstoffen (Spanplatte, MDF) zunimmt.
- Beim Bohren in mineralischen Baustoffen entsteht überwiegend feiner, oft quarzhaltiger Bohrstaub, der ein besonderes gesundheitliches Gefährdungspotenzial birgt, da eingeatmeter, alveolengängiger Quarzstaub (A-Staub) als krebserzeugend eingestuft ist.
Bedeutung der Absaugung an der Bohrstelle
Da beim Bohren – anders als etwa beim Sägen – der Zerspanungsvorgang meist punktuell und senkrecht in das Material hinein erfolgt, sammelt sich Staub und Spangut häufig unmittelbar im entstehenden Bohrloch und an der Werkzeugaustrittsstelle. Eine wirksame Absaugung direkt an der Bohrstelle – etwa über einen Absaugring am Bohrer, eine Haube am Bohrständer oder eine mobile Absaugvorrichtung – reduziert die Staubbelastung der Atemluft erheblich und verhindert gleichzeitig, dass abgetragenes Material den Bohrvorgang durch Verstopfen der Spannuten behindert.
Besondere Bedeutung hat die Absaugung bei mineralischen Bohrarbeiten: Aufgrund der Einstufung quarzhaltiger Feinstäube als krebserzeugend fordern Regelwerke des Arbeitsschutzes für viele Bohrarbeiten in Beton und Mauerwerk den Einsatz staubmindernder Verfahren, wozu neben der Wasserkühlung insbesondere die Absaugung mit geeigneten, oft mit H- oder M-Filterklasse ausgestatteten Entstaubern zählt. In der Holzbearbeitung gelten analog die Vorgaben der TRGS 553 zum Schutz vor krebserzeugendem Hartholzstaub. Auch aus produktionstechnischer Sicht trägt die Absaugung dazu bei, Bohrungsqualität, Werkzeugstandzeit und Maschinensauberkeit zu verbessern, da Spanstau und Wiederverschweißen von Spänen in der Bohrung vermieden werden.