Wie funktionieren Schlagbohrmaschine und Bohrhammer?

Wie funktionieren Schlagbohrmaschine und Bohrhammer?

Ein Bild aufhängen, das Antennenkabel durch die Wand führen oder mit Hilfe von Dübeln zwei Holzteile verbinden: Bohrlöcher begleiten uns in fast jedem Heimwerkerbereich und im täglichen Leben. Wurde früher noch viel Körperkraft benötigt, um sich mit der Brustleier mühsam durch das Material zu kämpfen, nehmen uns heute Bohrmaschinen die Arbeit ab. Sie erreichen eine deutlich höhere Drehzahl und damit verbunden mehr Präzision bei Bohrarbeiten.

Mit einer hohen Drehzahl schneiden sich Bohrer mühelos in weiche Materialien, wie etwa Holz oder Kunststoff. Doch was, wenn das Material so hart ist, dass die Bohrerschneiden nicht mehr in die Oberfläche eindringen können – wenn also nur noch ein Schlag das harte Material zerbröseln kann?

Dann wird eine Schlagbohrmaschine oder ein Bohrhammer benötigt. Warum es hierfür unterschiedliche Geräte mit verschiedenen Funktionsweisen gibt, soll hier erklärt werden.

Von der Bohrmaschine zum Bohrhammer?

Anders als vielleicht angenommen sind Schlagbohrmaschinen oder Bohrhämmer keine direkten Weiterentwicklungen der Bohrmaschine. Bereits 1860 wurden im Bergbau die ersten pneumatischen Hämmer genutzt, aber erst 1895 die erste elektrische Handbohrmaschine gebaut. Die (Weiter-)Entwicklung richtet sich hauptsächlich nach der Möglichkeit, die Antriebseinheiten und Schlag- oder Hammerfunktionen in einem handlichen Format umzusetzen. Dieses wurde 1953 mit der Schlagbohrmaschine und viel später 1914 mit dem ersten Handbohrhammer umgesetzt. Die Kombination der Bohrmaschine mit einer Schlagfunktion ist somit eher eine Bedarfsfrage als eine Weiterentwicklung und Bereicherung der Bohrmaschine. Nicht ohne Grund gibt es auch heute noch reine Bohrmaschinen.

Die richtige Wahl des Bohrwerkzeuges

Der Sinn dieser drei Bohrwerkzeuge ist derselbe – sie bohren Löcher. Das erreichen sie jedoch durch sehr unterschiedliche Funktionsweisen und mit unterschiedlichen Vor- und Nachteilen. Zwar drehen sich bei Bohrmaschinen generell Bohrer, doch die Schneiden der Bohrer schneiden nicht in jedem Fall. Dies wird bereits bei der Betrachtung der Bohrer sichtbar: Holz- und Metallbohrer sind scharfkantig und benötigen speziell geschliffene Schneiden, die Späne wie Messer vom Material abheben. Stein- und Betonbohrer sind hingegen stumpf und zerbröseln die Oberfläche durch Schläge.

Bohrer mit Rundschaft, SDS-Quick und SDS-Plus
Bohrer mit Rundschaft, SDS-Quick und SDS-Plus

Die Verwendung der Bohrer ergibt sich bereits aus dem Namen, dieser kann jedoch auch irreführend sein: Ist die Entscheidung bei Glas-, Holz- oder Metallbohrer noch einfach und kaum fehlbar, kann die Bezeichnung Steinbohrer bereits zur falschen Einschätzung führen. Zwar ist ein Steinbohrer (je nach Qualität) in der Lage neben Ziegelsteine auch Natursteine zu bohren, jedoch entscheidet der Bohrerschaft darüber, ob die passende Maschine verwendet werden kann. Die erste Entscheidung sollte demnach die optimale Maschine und anschließend der verwendete Bohrer sein.

Weiche Materialien, wie Holz und Kunststoff, benötigen nur eine Drehbewegung, wodurch eine einfache Bohrmaschine ausreichend ist. Ziegelsteine und leichte Betonwände erfordern zusätzlich eine Schlagfunktion, die das feste Material nicht schneiden, sondern zerschlagen soll. Neben der Energie der Schlagbohrmaschine wird hierfür jedoch viel körperliche Kraft benötigt, die die Schlagfunktion auf die Ziegelsteine überträgt. Die körperliche Kraft hat ihre Grenzen und gerät bei härterem Material, wie Beton oder Naturstein, schnell an ihre Grenzen. Der Bohrhammer erzeugt selbstständig die Schlagfunktion und eignet sich daher für harten Beton und Naturstein.

Bohrwerkzeug optimales Material mögliches Material
Bohrmaschine - Kunststoff, Holz, Glas, Porenbeton, Fliesen - leichte Ziegel, Leichtbeton
Schlagbohrmaschine - Ziegelsteine, Poroton, Leichtbeton - magerer Beton (ohne Schlagfunktion wie eine Bohrmaschine nutzbar)
Bohrhammer - Ziegelsteine, Beton, schwerer Beton, Naturstein - weichere Materialien mit begrenzten Anforderungen an die Bohrqualität

Was zeichnet eine Bohrmaschine aus?

Bohrmaschinen besitzen einen relativ einfachen Aufbau, der jedoch ebenso einen besonderen Vorteil mit sich bringt: Da sich der Bohrer nur um seine eigene Achse dreht und keine zusätzliche axiale Bewegung benötigt, kann die Antriebsachse recht einfach präzise und mit wenig Spiel gelagert werden. Damit liefern Bohrmaschinen, in Abhängigkeit ihrer Qualität, den besten Rundlauf. Viele Hersteller nutzen jedoch die Möglichkeit ein Schlagwerk zu integrieren, was zwar den Arbeitsbereich der Bohrmaschine erweitert, aber mitunter zu Lasten der Rundlaufgenauigkeit geht. Echte Bohrmaschinen ohne Schlagfunktion sind nur noch vereinzelt im professionellen Bereich zu finden.

Zusätzlich zum Einsatz als Handmaschine bieten fast alle Bohrmaschinen hinter dem Bohrfutter einen Spannhals, sodass Bohrmaschinen in einem Bohrmaschinenständer verwendet werden können. Der Bohrer mit Zylinderschaft wird hierfür in ein Zahnkranz- oder Schnellspann-Bohrfutter gespannt und liefert sehr genaue Bohrergebnisse. Eine Bohr- oder Schlagbohrmaschine sollte daher in keinem Haushalt fehlen.

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Wie funktioniert eine Schlagbohrmaschine?

Schlagbohrmaschinen sind äußerlich kaum von Bohrmaschinen zu unterscheiden und durch die einfache Integration eines Schlagwerkes nehmen sie den Hauptbestandteil in der Bohrmaschinenwelt ein. Neben den üblichen Funktionen, wie Rechts- und Linkslauf oder der Drehzahlregulierung, besitzen sie die zuschaltbare Schlagfunktion.

Schlagbohrmaschine mit Schnellspannbohrfutter
Schlagbohrmaschine mit Schnellspannbohrfutter

Für die mechanische Umsetzung der Schlagfunktion wird die Antriebswelle unterbrochen und mithilfe von Zahnrädern versetzt angeordnet. Motor und Bohrfutter befinden sich somit nicht mehr durchgehend auf einer Achse. Die nun verkürzte Welle hinter dem Bohrfutter, die sich zusätzlich noch in Arbeitsrichtung bewegen können muss, erschwert eine einfache und dennoch perfekte Rundlauflagerung. Die Unterbrechung der Antriebswelle ermöglicht jedoch die Integration der Schlagfunktion. Hierfür befindet sich hinter der kurzen Bohrfutterwelle ein fester Zahnkranz im Bohrgehäuse. Die Bohrfutterwelle erhält ebenfalls einen Zahnkranz – wird Druck auf das Bohrfutter ausgelöst, rutschen beide Zahnkränze übereinander, was den Schlag und das bei hohen Drehzahlen bekannte kreischende Geräusch ergibt.

Abhängig ist die Schlagenergie jedoch vom ausgeübten Druck auf die Schlagbohrmaschine. Ohne die erforderliche Anpresskraft arbeitet eine Schlagbohrmaschine wie eine Bohrmaschine ohne Schlag und mit deaktivierter Schlagfunktion lässt sie sich auch als eine solche einsetzen. Sie besitzt ebenfalls einen Zahnkranz- oder Schnellspannbohrer und ist in der Lage dieselben Bohrer aufzunehmen.

Ohne Anpressdruck schlagen Schlagbohrmaschinen nicht.

Wie eingangs erwähnt, besitzen Steinbohrer keine scharfen Schneiden, die in der Lage sind, Späne vom Material abzutragen, wie beispielsweise ein Holzbohrer arbeitet. Ziegelsteine und Leichtbeton sind zu hart für einen Schneidvorgang. Vielmehr wird das Material durch die Drehbewegung des Bohrers abgerieben und durch die Schlagfunktion oberflächlich zertrümmert. Je stärker der Schlag ist, desto mehr Material wird abgebrochen und größer ist der Arbeitsfortschritt.

Die Schlagfunktion wird durch zwei Zahnscheiben mit einer Sägeverzahnung umgesetzt. Werden diese aufeinander gepresst, heben sie sich an den Zahnspitzen der Verzahnung voneinander ab und schlagen im Zahntal wieder aufeinander. Sehr gut veranschaulicht das dieses Video:

Video zur Funktionsweise von Schlagbohrmaschine und Bohrhammer

Ein Bohrhammer arbeitet ohne Schweiß und Anstrengung

Ebenfalls gut im Video zu erkennen ist die Arbeitsweise des Bohrhammers.

In einem mit Luft gefülltem Zylinder befindet sich ein Schlaggewicht, welches mithilfe eines Motors in Bewegung versetzt wird. Die Umsetzung des Antriebes kann auf verschiedene Wege erfolgen, erfüllt aber denselben Zweck. Das Schlaggewicht wird nach vorne in Richtung Schlagbolzen geschleudert und schlägt auf den Schlagbolzen, der die Energie auf den Bohrer weitergibt. Die verdichtete Luft hinter dem Schlaggewicht sorgt dafür, dass sich das Gewicht wieder zurück zum Antrieb und abermals durch diesen und die Luftkompression nach vorne zum Schlagbolzen bewegt. Mit jeder Bewegung wird der Schlag durch die Luftkompression verstärkt und benötigt keinen Anpressdruck des Anwenders.

Schwerer Bohrhammer
Schwerer Bohrhammer im Einsatz auf der Baustelle

Der elektrische Antrieb und die Nutzung der Luftkompression kennzeichnet diesen Bohrhammer als einen elektro-pneumatischen Bohrhammer. Oft wird bei einem pneumatischen Bohrhammer von einem druckluftbetriebenen Hammer ausgegangen, gemeint ist in den meisten Fällen jedoch ein elektro-pneumatischer Bohrhammer. Mit Druckluft betriebene Bohrhämmer werden als Druckluft-Bohrhämmer bezeichnet und finden im privaten Bereich eher selten Einsatz.

Eine weitere Variante sind elektro-mechanische Bohrhämmer, die ähnlich der Funktion eines Verbrennungsmotors mit Pleuel und Zylinder arbeiten. Die Bewegung der Pleuelstange wandelt die Drehbewegung des Motors in eine geradlinige Bewegung um, wobei der "Zylinder" auf den Schlagbolzen schlägt. Ohne den Schwung des Schlaggewichtes und der Luftkompression in einem elektro-pneumatischen Bohrhammer sind elektromechanische Bohrhämmer weniger effektiv und finden immer seltener ihren Einsatz.

Anders als in einer Schlagbohrmaschine bewegt sich bei einem Bohrhammer nicht die Bohrspindel in Bohrrichtung, sondern nur der Schlagbolzen und damit der Bohrer. Das setzt voraus, dass der Bohrer axial beweglich gelagert wird, wodurch sich ein Zahnkranz oder Schnellspannfutter, in dem der Bohrer fest eingespannt wird, ausschließt. Verwendung findet hier ein SDS-Bohrfutter.

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SDS-Futter zur Aufnahme von Bohrern mit Bewegungsspielraum

Damit sich der Bohrer im Futter axial bewegen und die Schlagenergie übernehmen kann, muss er mit einem gewissen Spiel gelagert sein. Das gewährleistet ein Schnellspannfutter nicht und die Mechanik wäre den harten Schlägen auch nicht gewachsen. Zum Einsatz kommen daher SDS-Bohrfutter. Zeitweise fanden auch andere Spannsysteme, wie der Sechskantschaft oder die Hilti-TE-Aufnahme, Verwendung, konnten sich aufgrund von Verschleißproblemen jedoch nicht durchsetzten. Das von Bosch entwickelte SDS-System – kurz für "Steck-Dreh-Sitz" – ist inzwischen patentfrei und wird von allen Herstellern genutzt, wodurch Bohrer mit SDS-Schaft in nahezu jedem Bohrhammer Verwendung finden. Fast, da es unterschiedliche Größen gibt, die der Bohrleistung entsprechen.

  • Die kleinste Variante bildet das noch rechte neue SDS-Quick-Spannfutter, welches bisher nur in Akku-Bohrhämmern von Bosch verwendet wird. Der Vorteil des kleinen Bohrfutters liegt in der Möglichkeit zusätzlich lange Bitschäfte aufzunehmen. So lässt sich mit einem handlichen Akku-Bohrhammer ebenso schrauben.
  • Geläufig ist das SDS-Plus-Bohrfutter, welches aufgrund der häufigen Verwendung kurz als SDS-Futter bezeichnet wird. Mit einem Schaftdurchmesser von 10 mm ist es für alle gängigen Bohraufgaben im Privatbereich prädestiniert und deckt alle Anforderungen ab.
  • Große Bohr- und Stemmaufgaben benötigen eine größere Bohreraufnahme, wofür das SDS-Max-Futter ausgelegt ist. Der Schaftdurchmesser von 18 mm ermöglicht es, die benötigte Schlagkraft für sehr große Bohrer und Bohrkronen zu übertragen und findet häufig im gewerblichen Bereichen seinen Einsatz.

Bohrhammer stemmen ohne Drehbewegung

Bohr- und Stemmhammer mit SDS-Plus und SDS-Max Futter
Bohr- und Stemmhammer mit SDS-Plus und SDS-Max-Futter

Anders als eine Schlagbohrmaschine benötigt der Bohrhammer keine Drehbewegung der Bohrspindel, um die Schlagenergie zu erzeugen. Diese Funktion ermöglicht es, den Bohrhammer als Stemm- oder Meißelhammer zu nutzen. Mit deaktivierter Drehbewegung schlägt das Hammerwerk auf das Werkzeug (Meißel) und kann für Stemmarbeiten in Beton und Stein genutzt werden. Vorteilhaft ist hierbei, wenn der Bohr- und Stemmhammer über eine Spindelarretierung verfügt, die den Meißel in einer vorgegeben Position hält und dieser sich nicht verdrehen kann. Lässt sich der Meißel ohne Spindelarretierung weiterhin drehen, sind Stemmarbeiten an Fliesen mit einem großen Flachmeißel nur schwer möglich.

Wichtig bei Stemmaufgaben ist die angegeben Schlagstärke des Hammers. Während sich eine geringe Schlagenergie beim Bohren noch mit etwas Ausdauer kompensieren lässt, wird zum Stemmen deutlich mehr Kraft benötigt. Gute Kombigeräte zum Bohren und für kleine Stemmaufgaben sind mit einer Schlagstärke von 2 bis 3 Joule ausreichend dimensioniert und für Heimwerkeraufgaben absolut ausreichend. Für größere Stemm- und Abrissarbeiten sollte jedoch zu einem größeren Stemmhammer mit 5 und mehr Joule oder einem großen Abbruchhammer (bis über 20 Joule) gegriffen werden. Diese Geräte bewegen sich jedoch in höheren Preisregionen und häufig ist es angebracht, sich das benötigte Gerät zu leihen.

Nicht jeder Bohrhammer kann eine Schlagbohrmaschine oder Bohrmaschine ersetzen

Der große Unterschied zwischen einem Bohrhammer und einer Schlagbohrmaschine liegt zum einen in der Umsetzung der Schlagfunktion und zum anderen im Bohrfutter. Bohrhämmer sind generell an der Verwendung eines SDS-Futters zu erkennen. In diesem können jedoch nur Bohrer mit SDS-Schaft und keine Rundschaftbohrer (Holz- und Metallbohrer) aufgenommen werden. Zwar sind vereinzelt auch Holz- und Metallbohrer mit SDS-Schaft erhältlich, funktionsbedingt weisen diese jedoch ein gewisses Spiel auf, welches keine guten Rundlaufeigenschaften zulässt. Für vereinzelte Löcher noch sinnvoll, können sie jedoch keinen Rundschaftbohrer in seiner Genauigkeit ersetzen.

Bohrhammer mit Wechselfutter für Rundschaft und SDS-Plus
Bohrhammer mit Wechselfutter für Rundschaft und SDS-Plus

Einen alternativen Einsatz bieten aufsteckbare Schnellspannbohrfutter mit SDS-Schaft. Mit ihnen können alle Rundschaftbohrer weiterhin mit einem Bohrfutter genutzt werden. Diese Variante besitzt jedoch zwei Nachteile: Schnellspannfutter spannen zwar Rundschaftbohrer sicher und mit guten Rundlaufeigenschaften, nutzen in diesem Fall jedoch selber das SDS-Futter mit dem vorhandenen Spiel und können dieses nicht kompensieren. Die Verwendung von Rundschaftbohrern verbessert die Rundlaufgenauigkeit somit nicht. Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus der enthaltenen Mechanik, die nicht für einen Bohrhammer geeignet ist. Wird bei der Verwendung eines Aufsteckfutters vergessen die Hammerfunktion zu deaktivieren, kann das Aufsteckfutter irreparable Schäden nehmen.

Soll der Bohrhammer als Allround-Bohrmaschine genutzt werden, ist auf ein Wechselfutter zu achten. Dieses wird nicht in das SDS-Futter gesteckt, sondern gegen dieses ausgetauscht. Damit besitzt der Bohrhammer mit Wechselfutter dieselben Rundlaufeigenschaften wie eine Bohrmaschine. Komfortabel und sicher ist dabei die automatische Deaktivierung der Hammerfunktion, die eine unbeabsichtigte Verwendung ausschließt. Bohrhammer mit Wechselfutter sind mitunter etwas kostspieliger, dafür jedoch wahre Multitalente.

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