Bohren

Alte Auslegerbohrmaschine

Das Bohren ist nach Ordnung der Fertigungsverfahren gemäß DIN 8589-2 ein spanabhebendes Verfahren zur Herstellung und Bearbeitung von zylindrischen Vertiefungen in Werkstücken oder allgemeiner die Erzeugung oder Erweiterung (Aufbohren) einer Bohrung oder eines Tunnels in Festkörpern.

Geschichte der Bohrtechnik

Bereits Ende des Paläolithikums (im Magdalenien) wurden durchbohrte Muscheln und Tierzähne als Schmuck getragen. Im Mesolithikum (8300–4000 v. Chr.) werden Knochen und Geweihe, Kleinschmuckstücke aus Stein, vereinzelt auch Steinscheiben durchbohrt. Die Steinbohrung wird das charakteristische Merkmal der Jungsteinzeit. Bei der Bohrtechnik in Gestein lassen sich zwei Arten unterscheiden:

• Die „unechte Bohrung“: durch beidseitiges Picken werden sanduhrförmige Vertiefungen erzeugt, die ein doppelkonisches Bohrloch hinterlassen.
• Die „echte Bohrung“ lässt sich in:

• die Voll- und die Hohlbohrung unterteilen.

Die Vollbohrung erfolgt mit einem rotierenden Bohrkopf aus Elfenbein, Hartholz, Stein oder Tierzähnen. Merkmal ist das V-förmige Bohrloch, das durch die Abnutzung des Bohrers entsteht.

Beide Techniken schleifen mit Wasser und einem Abrasionsmittel, wie Quarzsand, eine mehr oder weniger zylindrische Vertiefung ein. Wie Experimente ergaben, lassen sich je nach Rohmaterial und Bohrtechnik Tiefen zwischen 0,4 mm und 0,7 mm pro Stunde erreichen.

Linsenbohrer

Im vorderasiatischen Natufien (12.000-9500 v. Chr. zeitweise zeitgleich mit dem europäischen Magdalenien) wurden Linsenbohrer eingesetzt um Steingefäße auszuhöhlen. (es gab anfangs keine Keramikherstellung). Ein flacher, gewölbter oder konisch zulaufender rotierender Dioritstein ergab entsprechende flache oder tiefere Ausbohrungen mit mehr oder weniger steiler Wandung. Der Bohrkopf war mittels zweier Vertiefungen mit einem unten gegabelten Schaft verbunden. Mit der Bogensehne wurde der Bohrkopf in Drehung versetzt, bis der gewünschte Hohlraum erreicht war. Charakteristisches Merkmal sind die konzentrischen Ringe die der Bohrvorgang hinterlässt. Die äußere Gestaltung des Gefäßes erfolgte in einem weiteren Arbeitsgang durch Schleifen.

Hohlbohrung

Die Hohlbohrung (auch Zapfenbohrung): erfolgt mit hohlem Holz wie Holunder oder hohlen Halmen wie Schilfrohr, mit Hohlknochen (die mit Sand als Schleifmittel gefüllt werden konnten) und schnell rotierender Bohrstange. Pflanzliche Bohrer können benutzt werden, weil die eigentliche Schleifarbeit durch Quarzsand erfolgt, der um den Bohrer angehäuft wird. Erfolgt die Bohrung von einer Seite, fällt ein konischer Zapfen (Bohrkern) heraus. Typisch ist ein doppelkonische Bohrloch, wenn von beiden Seiten gebohrt wird. Gegenüber der Vollbohrung wird ca. 1/3 Zeit gespart.

Bohrantriebe

Der Bohrkopf aus Knochen, Elfenbein oder Stein sitzt an der Spitze eines Holzstabes. Der Stab rotiert zwischen den Handflächen, wobei der Bohrer jedes mal mehrere Umdrehungen macht. Um den Bohrstab mit Gegenlager (mit der Hand gehaltener, ausgehöhlter Stein) wird ein Riemen geschlungen und von zwei Personen hin und her gezogen, wobei der Bohrer schnell rotiert. Größere Wirksamkeit hat der Antrieb des Bohrstabes mittels Bogen (Bogenbohrer), der eine höhere Umdrehungszahl und -geschwindigkeit erreicht. Der Holzschaft mit dem Bohrkopf dreht sich in einem Gegenlager, das mit der Hand gehalten wird, mit der anderen Hand wird der Bogen hin und her bewegt, dessen um den Holzschaft gewickelte Schnur die Rotation erzeugt. Vermutlich gab es auch den Drillbohrer. Ein an einer Schnur befestigter, beim Drehen auf und abgleitender Quergriff machte den Bohrer zum Drillbohrer. Die Bohrmaschine arbeitete wie der Bogenbohrer, nur wurde statt des etwa handgroßen Widerlagers ein Bohrgestell errichtet, wobei ein waagerechte Querbalken mit seinem Gewicht ständig auf den Bohrschaft drückt, der wie beim Fiedelbohrer von der Schnur des Bogens angetrieben wird.

Bohr- oder Schleifmittel

Bohr- oder Schleifmittel waren Mischungen aus Harz und feinem Quarzsand oder Quarzsand mit Wasserzugabe bzw. der beim Bohren anfallende Gesteinsabrieb mit Wasser (Steinschliff).

Verfahren

Schneidflächen am Spiralbohrer: QS Querschneide
HS Hauptschneiden

Beim Bohren wird ein um seine Längsachse drehendes Bohrwerkzeug (Bohrer, Bohrkopf auf Bohrstange etc.) auf dieser Längsachse in einen Festkörper geschoben.

Die Drehbewegung wird in der Regel durch einen Elektromotor erzeugt und über ein Getriebe durch die sogenannte Bohrspindel auf die Werkzeugaufnahme (z.B. Bohrfutter) übertragen. Diese Baugruppen werden häufig in einem Gehäuse zusammengefasst (z. B. Spindelkasten, Handbohrmaschine etc.)

Der Vorschub erfolgt durch die Verschiebung der zusammengefassten Baugruppe oder einer ausfahrbaren Bohrspindel durch oder auf einer Linearführung bzw. bei Handbohrmaschinen durch eine entsprechende Handhabung.

Spanbare Materialien

Steinbohrer

Bei spanbaren Materialien erfolgt durch den Vorschub und die kreisförmige Bewegung an den sogenannten Hauptschneiden ein Zerspanungsvorgang. In der Bohrermitte ist dies nicht möglich, da die mit dem abnehmenden Radius bis auf 0 m/s abnehmende Schnitt- bzw. Umfanggeschwindigkeit und die Geometrie des Bohrers (Kern) dort nur die plastische Verformung des Verfahrens Zerteilen bzw.Spalten zulässt. Zu diesem Zweck haben Spiralbohrer auf der Spitze eine sogenannte Querschneide oder bei speziellen Bohrern für weiche Materialien eine ausgeprägte Spitze.

Harte und spröde Materialien

Bohrkopf für Erdbohrungen

Bei harten bzw. spröden Festkörpern (Gestein) erfolgt die Materialablösung an der Bohrspitze je nach Anwendung durch ein oder eine Kombination der Verfahren Schleifen, Schaben, und Meißeln oder Zerkleinern.

Für das Verfahren Meißeln ist zusätzlich ein Schlagwerk erforderlich, das, in der Regel zwischen dem drehenden Antrieb und dem Werkzeug stehend, ständige kleine Schläge durch die Längsachse des Bohrers oder der Bohrstange auf die Bohrerspitze oder den Bohrkopf überträgt.

In der großtechnischen Anwendung werden heute komplexe austauschbare Bohrköpfe verwendet, die, z. B. spezialisiert auf bestimmte Gesteinsschichten, in vielen Varianten, teils mit aufwändigen diamantbestückten Zähnen, miniaturisierten Zerkleinerungsmühlen, Hartmetallrollen oder mit ähnlichen Vorrichtungen bestückt sind. Im Extremfall kommen diese Bohrköpfe auf kilometerlangen zusammengeschraubten Bohrstangen in großen Tiefen nur für wenige Stunden zum Einsatz bis sie verschlissen zum Austausch, durch einen Rückbau der Bohrstange, wieder an die Oberfläche geholt werden.

Anwendung

Bohren bezeichnet ein sehr weit verbreitetes Verfahren das, vom privaten Nasenbohren bis zur Ölbohrplattform, in vielen Bereichen der Technologie Anwendung findet:

Beispiele

Anwendungsgebiet	Fachbereichsbeispiele	Anwendungsbeispiele
Baugewerbe (Hochbau)	Gebäudetechnik	Schlagbohrmaschine
Baugewerbe (Tiefbau)	Tunnelbau	Pfahlgründung, Tunnelbohrmaschine
Geologie	Bergbau, Brunnenbau	Bohrbrunnen, Bohrkopf
Handwerk	Tischlerei	Sackloch, Forstnerbohrer
Industrie	Automobilbau	Bohrungen im Zylinderkopf
Industrie	Maschinenbau	Bohrwerk
Forschung	Hochtechnologie	Laserbohren

Weblinks

•  Wikibooks: Fertigungstechnik – Lern- und Lehrmaterialien
•  Wikibooks: Heimwerkerhandbuch, Kap. Bohren – Lern- und Lehrmaterialien
•  Wiktionary: bohren – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
•  Commons: Bohren – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien