Tipps zum Bohren von Metall und Stahl

Bohren von Metall und Stahl

Das Bohren von Metall und insbesondere von Stahl, stellt für viele eine besondere Herausforderung dar. Das beginnt bereits bei der Wahl des richtigen Bohrers, über den Anriss, bis hin zur Kühlung. Dennoch ist das Bohren in harten Materialien keine Zauberei und mit ein paar Grundregeln für jeden möglich.

Die Wahl des richtigen Bohrers kann hierbei zwar eine wichtige Rolle spielen, aber keine Sorge – Niemand muss Unsummen für teure Bohrer ausgeben. Selbst mit einem günstigen Baumarktbohrer lassen sich gute Ergebnisse erzielen. Entscheidend sind eine gute Zentrierung, die richtige Drehzahl und eine entsprechende Kühlung.

Mit etwas Übung lassen sich sogar Metallbohrer von Hand nachschleifen und mit weniger Kraftaufwand selbst große Löcher bohren. Wem das nicht liegt, der kann auf Bohrerschleifgeräte zurückgreifen, die bereits im unteren Preissegment recht gute Ergebnisse liefern. 

Sicherheitshinweise zum Bohren von Metall

Wie der Name bereits sagt, entstehen bei spanenden Arbeitsverfahren Späne. Hierzu zählt auch das Bohren von Stein oder beton und ganz besonders das Bohren von Metall. Die auftretenden Späne können klein, spitz und scharfkantig sein. Beim Bohren von Stahl sind sie sogar häufig sehr lang und werden durch das rotierende Werkzeug herumgeschleudert. Das Tragen einer Schutzbrille sollte daher oberste Priorität haben.

Auch wenn scharfkantige Teile oder Späne dazu animieren Handschuhe zu nutzen, so gilt das nicht für das Arbeiten an rotierenden Werkzeugen. Der sich drehende Bohrer oder die daran haftenden Späne, könnten den Handschuh erfassen und aufwickeln. Kräftige Bohrmaschinen lassen sich dabei nicht von der Hand im Handschuh beeindrucken. Hier sollte lieber eine Schnittverletzung in Kauf genommen werden, als eine aufgewickelte Hand. An rotierenden Werkzeugmaschinen dürfen keine Handschuhe getragen werden.

Wie einen Handschuh, kann der sich drehende Bohrer aber auch Haare ergreifen, aufwickeln und ausreißen. Leider unterscheidet die Bohrmaschine auch hier nicht zwischen Haare und Kopfhaut. Die größte Gefahr besteht jedoch darin, mit dem Kopf gegen die Maschine geschleudert zu werden. Daher ist für Träger von langen Haaren das Tragen einer Kopfbedeckung beziehungsweise Schützen der Haare wichtig. 

Solche schweren Unfälle kommen sicher nicht häufig vor. Sie zeigen jedoch, welche Gefahr von einem kleinen sich drehenden Bohrer ausgehen kann. 

1. Das Zentrieren der Bohrung

Für viele Heimwerker gilt "Jede Bohrung in Metall muss angekörnt werden." In der Überschrift wurde jedoch absichtlich auf den Ausdruck "ankörnen" verzichtet, da es hierfür mehr Möglichkeiten als nur den Körner gibt. Gerade auf der Tischbohrmaschine haben sich Zentrierbohrer durchgesetzt, mit denen es sich weit aus genauer arbeiten lässt.

Ankörnen mit Hammer und Körner

Die älteste und bekannteste Methode, um den Metallbohrer beim Ansetzen zu führen, ist das Ankörnen. Benötigt wird hierfür lediglich ein Körner und ein Hammer. Wie genau eine solche Zentrierung wird, hängt jedoch stark von der Ausführung der Körnung ab.

Automatische Körner benötigen keinen Hammer

Kommt es bei der späteren Bohrerposition nicht auf ein Zehntel an, reicht beim Ankörnen ein Anriss mit Bleistift oder Marker. Bewährt haben sich sogenannte Fineliner oder CD-Marker, deren Anriss auch gut auf glatten Oberflächen zu sehen ist. Der auf der Markierung angesetzte Körner kann jedoch leicht und unbemerkt verrutschen, sodass die folgende Bohrung nicht genau wird. Hier kann es helfen, nur ganz sacht mit den Hammer auf den Körner zu tippen (schlagen ist nicht nötig) und anschließend den kleinen Körnerpunkt zu kontrollieren. Stimmt dieser nicht, so kann die Position in einem zweiten Versuch korrigiert werden. Befindet sich der Körnerpunkt jedoch genau auf Dem Anriss, kann die Körnerspitze leicht erneut im Körnerpunkt angesetzt und die Körnung mit einem kräftigen Hammerschlag vollendet werden.

Ist die spätere Oberfläche nicht sichtbar oder nebensächlich, empfiehlt sich der Anriss mit einer Reißnadel. Sie hinterlässt einen "Kratzer" in dem eine gute Körnerspitze einrastet und daher nicht verrutschen kann. Ein kräftiger Hammerschlag genügt und es entsteht ein exakter Körnerpunkt.

Zentrieren mit Zentrierbohrer oder NC-Anbohrer

So paradox es auch klingt, mit einem Bohrer kann eine Zentrierung gesetzt werden, damit ein anderer Bohrer nicht verläuft. Entstanden sind solche Zentrierbohrer aus der Tatsache, dass es kaum möglich ist, in der Fertigung manuell zu körnen und anschließend maschinell zu bohren. Das manuelle Körnen unterliegt einer gewissen Ungenauigkeit, die beim Bohren in einer Werkzeugmaschine für jedes Bohrloch manuell ausgeglichen werden muss. Das ist mühsam und kostet wertvolle Arbeitszeit.

Zentrieren erspart das Ankörnen
Zentrieren erspart das Ankörnen

Eine große Erleichterung schaffen Zentrierbohrer, die sich von normalen Metallbohrern in mehreren Punkten unterscheiden. Wichtigster Punkt ist der Werkstoff. Verwendung findet Schnellarbeitsstahl (HSS), der sehr hart ist und dafür sorgt, dass sich ein Zentrierbohrer nicht verbiegt und somit auf der Werkstückoberfläche verläuft. Der vordere Bohrerdurchmesser ist sehr dünn und erfordert nur einen geringen Druck, was das Bohrergebnis positiv beeinflusst. Mit dem nachfolgenden Kegelschliff kann die Zentrierbohrung anschließend gesenkt und somit der Durchmesser der Zentrierbohrung vergrößert werden. Die schmale und tiefe Zentrierung sorgt dafür, dass der anschließend verwendete Metallbohrer lange geführt und ein Verlaufen verhindert wird.

Nachteilig bei Zentrierbohrern ist der meist dünne Durchmesser in Kombination mit einem sehr harten und spröden Werkstoff. Gerade beim Zentrieren mit einem Akku-Bohrschrauber oder einer Handbohrmaschine brechen Zentrierbohrer häufig ab. Sie sollten daher vorrangig auf Ständerbohrmaschinen genutzt werden.

Um die Arbeitsgeschwindigkeit in modernen CNC-Maschinen weiter zu erhöhen, kommen sogenannte NC-Anbohrer zum Einsatz. Diese sind ebenfalls aus HSS gefertigt, besitzen jedoch lediglich einen spitzen Anschliff in 90° oder 60°. Hierdurch ist der NC-Anbohrer Bohrer sehr stabil und benötigt eine nur wenige Millimeter tiefe Bohrung, was die Arbeitszeit verkürzt. Ein dickerer Durchmesser erlaubt es, die Zentrierung so weit auszuführen, dass die nachfolgende Bohrung zusätzlich eine Senkung erhält. NC-Anbohrer bieten dem nachfolgenden Bohrer jedoch wenig Führung und gerade bei langen Bohrern besteht die Gefahr, dass sie verlaufen.

Zentrierung mit einem NC-Anbohrer
Zentrierung mit einem NC-Anbohrer
Zentrierung mit Zentrierbohrer
Zentrierung mit Zentrierbohrer

2. Das Werkstück richtig spannen

Beim Bohren von Stahl treten große Kräfte in Bohrrichtung und in Drehrichtung des Bohrers auf. Diesen Kräften muss mit festen Anlagen entgegengewirkt werden.

Das Video zeigt beim Durchbohren sehr gut, was passiert, wenn Stahl beim Bohren falsch gespannt wird. So praktisch und schnell einsatzbereit Spannpratzen auch sind, sie drücken das Werkstück nur nach unten auf den Arbeitstisch und sichern es nicht gegen seitliche Kräfte, die beim Bohren auftreten. Halt bietet nur die Reibung, die durch den Spanndruck erzeugt wird.

Gleiches gilt beim Spannen in einem Schraubstock. Wird das Werkstück hochkant zwischen den Spannbacken gehalten und noch so fest eingespannt, besteht jederzeit die Gefahr, dass es sich verdreht, da der Seitenhalt in Drehrichtung des Bohrers fehlt. Sicherer ist es das Werkstück immer so einzuspannen, dass es in der Drehrichtung des Bohrer eine feste Anlage hat.

Nicht perfekt aber hilfreich beim Bohren auf einer Tischbohrmaschine, kann hier schon die Kombination aus einem Anschlag und der Spannpratze sein. Der Anschlag nimmt hierbei bereits einen Teil der seitlich auftretenden Kräfte auf. Es besteht jedoch weiterhin die Gefahr, dass sich das Werkstück vom Anschlag wegdrückt und verdreht.

So kann sich das Werkstück beim Bohren verdrehen
So kann sich das Werkstück beim Bohren verdrehen
Sicher gegen ein Verdrehen eingespannt
Sicher gegen ein Verdrehen eingespannt

Die perfekte Lösung auf der Tisch- oder Ständerbohrmaschine ist der Maschinenschraubstock. Dieser hält das Werkstück seitlich und verhindert sicher ein Verdrehen. In gleicher Form sind Werkstücke im Handschraubstock zu spannen. Die Bohrposition – von oben nach unten – ist zwar etwas unbequemer, bietet jedoch den optimalen Halt.

3. Der richtige Metallbohrer

Das richtige Werkzeug beeinflusst zu einem großen Teil das Bohrergebnis. "Zu einem großen Teil" bedeutet in diesem Fall, dass es nicht immer das teuerste Werkzeug sein muss. Auch günstige Metallbohrer können mit einem guten Anschliff und dem richtigen Bohrverhalten perfekte Ergebnisse liefern. Nachteilig ist jedoch zumeist die geringere Standzeit. Wer in der Lage ist, Metallbohrer selbst zu schleifen, kommt mit günstigen Bohrern gut zurecht. Die Arbeit unterliegt lediglich einem höheren Aufwand, da der Bohrer häufiger nachgeschlifen werden muss.

HSS-Bohrer mit unterschiedlicher Beschichtung
HSS-Bohrer mit unterschiedlicher Beschichtung

Spiralbohrer bestehen mitunter aus Chrom-Vanadium,  größtenteils aber aus HSS, dem sogenannten Schnellarbeitsstahl und unterscheiden sich hauptsächlich in der Art der Formgebung. HSS-R steht für eine Herstellung durch Rollieren, was für eine feste und sehr glatte Oberfläche sorgt. Die geschliffene und damit sehr genaue Herstellung wird mit HSS-G gekennzeichnet.

Eine zusätzliche Beschichtung, wie beispielsweise mit Kobalt (HSS-G) kann für eine bessere Oberflächengüte, Standfestigkeit und geringerer Anhaftung von Spänen sorgen. Für einfache Anwendungen sind im Heimwerkerbereich sind HSS-Bohrer ohne besondere Kennzeichnung meist ausreichend. Sie erfüllen ihren Zweck und sind günstig in der Anschaffung. Wer keine Möglichkeit hat, Bohrer selbst zu schleifen oder schleifen zu lassen, kann stumpfe oder defekte Bohrer kostengünstig austauschen. 

Etwas teurer dafür jedoch mit einer höheren Verschleißfestigkeit, sind beschichtet Spiralbohrer. Sie eignen sich für zähere Materialien ebenso, wie für weiches Aluminium, welches weniger auf der beschichteten Oberfläche haftet. Sinn macht es häufig, sich ein großes Bohrersortiment an einfachen HSS-Bohrern zuzulegen, um alle benötigten Durchmesser abzudecken. Für häufig genutzte Bohrdurchmesser können einzelne aber hochwertige Bohrer genutzt werden.

4. Die richtige Schnittgeschwindigkeit und Drehzahl

Als Schnittgeschwindigkeit wird die Geschwindigkeit bezeichnet, mit der die Schneide das Werkstück berührt. Bei einem Bohrer wird hierfür der äußerste Punkt der Schneide (Bohrerdurchmesser) angenommen, da dieser die höchste Schnittgeschwindigkeit erzeugt. Um die Schnittgeschwindigkeit beziehungsweise die Drehzahl zu ermitteln, wird in erster Linie der Umfang des Bohrers benötigt. Dreht sich der Bohrer eine Umdrehung, hat der äußerste Schneidenpunkt den Weg des Umfangs in einer bestimmten Zeit zurückgelegt. Das ist die Schnittgeschwindigkeit. Für einen Bohrer und anderen Bearbeitungen mit sich drehenden Werkzeugen oder Werkstücken ergibt sich daraus folgende Formel.

Schnittgeschwindigkeit = Umfang x Drehzahl oder mit Berechnung des Umfangs Schnittgeschwindigkeit = (d x π) x Drehzahl.

Da der Durchmesser oder der Umfang häufig in Millimeter angegeben wird, die Schnittgeschwindigkeit jedoch in Meter pro Minute, erfolgt gleichzeitig eine Umrechnung der Einheit und die Formel zur Berechnung der Schnittgeschwindigkeit lautet:

Schnittgeschwindigkeit = d x π x n /1000 (d = Durchmesser in Millimeter, n = Drehzahl in Umdrehungen pro Minute)

Meist steht jedoch die Bestimmung der Drehzahl im Vordergrund. Hierfür lässt sich die Formel umstellen: Drezahl = v x 1000 / d / π

Die Drehzahlbestimmung muss natürlich nicht immer exakt erfolgen und häufig machen Materialunterschiede, das Werkzeug oder auch die Maschine Anpassungen notwendig. Beim Bohren von Stahl und Metall sind viele Erfahrungswerte notwendig. Drehzahltabellen helfen bei der schnellen Auswahl der richtigen Drehzahl. Wichtig ist es hierbei die sinnvolle Schnittgeschwindigkeit zu kennen und den eigenen Bedürfnissen anzupassen. Einfache Kurvendarstellungen, wie sie häufig an Tischbohrmaschinen zu finden sind, helfen da nur bedingt. Sie gehen von optimalen Bohrbedingungen aus und beinhalten weder die Qualität des Bohrers, noch die Kühlung oder die Güte des zu bohrenden Materials. 

Daher ist es sinnvoller nicht nach Drehzahlvorgaben für bestimmte Materialen zu gehen, sondern die Drehzahl nach verschiedenen Schnittgeschwindigkeiten zu berechnen. Die folgende Tabelle bezieht sich auf HSS-Bohrer und der Verwendung eines Kühl-Schmierstoffes. Ohne Schmiermittel sollte die Schnittgeschwindigkeit nach unten korrigiert werden. Mit beschichteten HSS-Bohrern kann die Schnittgeschwindigkeit höher ausgereizt werden. Im privaten Bereich macht es jedoch wenig Sinn auf die Produktivität zu achten. Hier steht die Haltbarkeit des Werkzeugs im Vordergrund, sodass lieber mit einer geringeren Schnittgeschwindigkeit gearbeitet werden sollte.

Übersicht Schnittgeschwindigkeiten für Metallische Werkstoffe

Werkstoff empfohlender Kühlstoff Schnittgeschwindigkeit in m/min
unlegierter Baustahl bis 700 N/mm² Emulsion 25 - 40
unlegierter Baustahl über 700 N/mm² Emulsion 10 - 15
Stahlguss Emulsion / Öl 10 - 30
legierter Stahl Emulsion / Öl 5 - 15
Edelstahl Emulsion / Öl 5 - 10
Federstahl Emulsion / Öl 5 - 10
Grauguss ohne 5 - 25
Messing ohne / Öl 35 - 80
Aluminium Emulsion / Petroleum 20 - 80

Die Übersicht zeigt bereits, dass die Schnittgeschwindigkeiten sehr stark variieren können. Ein gutes beispiel ist hierbei Aluminium, welches in einer CNC-Maschine unter optimaler Kühlmittelzufuhr mit der höchsten Schnittgeschwindigkeit und mehr bearbeitet werden kann. Fehlt jedoch der Kühl- und Schmierstoff, neigt Aluminium zum Verkleben und in kürzester Zeit klemmt der Bohrer. Daher sollte stets von der geringsten Schnittgeschwindigkeit ausgegangen und diese bei Bedarf angepasst werden. Mitunter erweist sich eine andere, als die hier aufgeführte, als optimal.

Drehzahltabelle nach vorgegebener Schnittgeschwindigkeit

Bohrer - Durchmesser 2 mm 3 mm 4 mm 5 mm 6 mm 7 mm 8 mm 9 mm 10 mm 11 mm 12 mm
Drehzahl bei 5 m/min 796 531 398 318 265 227 199 177 159 145 133
Drehzahl bei 10 m/min 1592 1062 796 637 531 455 398 354 318 290 265
Drehzahl bei 15 m/min 2389 1592 1194 955 796 682 597 531 478 434 398
Drehzahl bei 20 m/min 3185 2123 1592 1274 1062 910 796 708 637 579 531
Drehzahl bei 25 m/min 3981 2654 1990 1592 1327 1137 995 885 796 724 663
Drehzahl bei 30 m/min 4777 3185 2389 1911 1592 1365 1194 1062 955 869 796
Drehzahl bei 40 m/min 6369 4246 3185 2548 2123 1820 1592 1415 1274 1158 1062
Drehzahl bei 50 m/min 7962 5308 3981 3185 2654 2275 1990 1769 1592 1448 1327
Drehzahl bei 60 m/min 9554 6369 4777 3822 3185 2730 2389 2123 1911 1737 1592
Drehzahl bei 70 m/min 11146 7431 5573 4459 3715 3185 2787 2477 2229 2027 1858
Drehzahl bei 80 m/min 12739 8493 6369 5096 4246 3640 3185 2831 2548 2316 2123

5. Bohren in Stahl

Ist das Werkstück sicher eingespannt, angekörnt oder zentriert, die richtige Drehzahl eingestellt und der passende Bohrer gewählt, kann der praktische Teil – das Bohren – beginnen.

Begonnen wird mit leichtem Druck und der Kontrolle, dass der Bohrer sauber in der Zentrierung läuft. Ist das sichergestellt, kann mit etwas mehr Druck gearbeitet werden. Hierbei sollte ein gleichmäßiger Span entstehen. Wird zu viel Druck ausgeübt, können die Maschine überlastet werden und die Schneiden des Bohrers ausbrechen. Gleiches gilt für eine zu niedrige Drehzahl.

Zu wenig Druck führt jedoch dazu, dass die Bohrerschneiden lange auf der Oberfläche schleifen und sich schnell abnutzen. Der Verschleiß wird erhöht, der Bohrer stumpf und überhitzt. Daher ist es nötig, den Bohrer zu kühlen. Der Kühl-Schmierstoff sorgt dafür, dass die entstehende Wärme abgeführt wird und an der Oberfläche des Bohrers weniger Reibung entsteht.

Wer keine Möglichkeit zur Kühlung hat, muss deshalb aber nicht auf das Bohren von Metallen verzichten. Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass weniger Wärme entsteht. Das geschieht zumeist durch eine geringere Drehzahl und einem angepassten Vorschub. Wird der Bohrer heiß, kann den Bohrvorgang kurz unterbrochen werden.

Vorsicht ist bei Durchgangsbohrungen geboten. Sobald der Bohrer das Material durchbricht, muss der Druck auf ein Minimum reduziert werden. Der Bohrer zieht sich sonst leicht in die letzte dünne Schicht und damit das Material. Das hat zur Folge, dass sich schlagartig Drehmoment erhöht und das Bohrloch nicht sauber ausgeführt wird.

Wichtige Tipps zum Bohren

  • Große Bohrlöcher sollten vorgebohrt werden. Das vorgebohrte Loch darf jedoch nur minimal größer als die Querschneide des folgenden Bohrers sein. Das Bohrloch "Stück für Stück" zu vergrößern erhöht den Verschleiß der Bohrer und führt zum Verlaufen der Bohrung.
  • Edelstahl ist nicht, wie häufig angenommen, sehr hart, sondern zäh. Der passende Bohrer sollte daher sehr scharf und verschleißfest sein.
  • Bleche sind besonders schwer zu bohren, da der gesamte Bohrdurchgang nur aus dem Anschnitt und dem Austritt des Bohrers aus dem Werkstück besteht. Die verhärtete Oberfläche von Blechen erfordert einen höheren Druck beim Anschneiden – sowie der Bohrer jedoch "gegriffen hat, wird er durch den Materialaustritt von alleine in die Bohrung gezogen. Es entsteht eine unsauber Bohrung und ein erhöhtes Verletzungsrisiko. Daher sollten hier nur Stufenbohrer oder spezielle Blechbohrer (ähnlich Holzbohrer) verwendet werden.
  • Um den Materialdurchbruch "ungefährlicher" zu gestalten, kann ein Stück Holz oder ein anderes sogenanntes Opfermaterial untergelegt werden.
  • Vorsicht ist beim Bohren von Kupfer geboten. Dieses Metall ist zwar sehr weich und bohrt sich daher leicht, der verwendete Bohrer verschleißt jedoch sehr schnell am äußeren Durchmesser. Unbemerkt fängt dieser bei tiefen Bohrungen an zu quetschen und klemmt letztendlich fest.
  • Entstehen beim Bohren lange Fließspäne, kann der Bohrer zwischendurch in kurzen Abständen angehoben werden, um die Späne zu brechen. Jede Spanunterbrechung bedeutet jedoch eine besondere Belastung für die Bohrerschneiden und einem vorzeitigen Verschleiß

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