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Die Welt der HSS Bohrer

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1. Die Merkmale eines HSS-Bohrers

Der HSS-Bohrer ist ein Schneidwerkzeug primär zum Bohren von Metallen. Dieser Metallbohrer besteht aus Hochgeschwindigkeitsstahl (HSS), einem Stahlwerkstoff mit besonderen Eigenschaften. Die Bohrer weisen je nach Anwendungsbereich erhebliche Unterschiede auf, die bei der Auswahl und dem erfolgreichen Einsatz bekannt sein müssen.

Die Bearbeitung von Stahl, Edelstahl, Gusseisen, Kupfer, Aluminium oder Messing stellt andere Anforderungen an den Bohrer als Holz oder Beton. Der HSS-Bohrer ist ein Spiralbohrer (auch Spiralrillenbohrer genannt), der aus einem speziellen Stahl besteht. 

Der ins Deutsche übersetzte Begriff “High Speed Steel” bedeutet wörtlich “Hochgeschwindigkeitsstahl”, wird aber auch als “Hochleistungs-Schneidstahl” oder “Schnellstahl bezeichnet.

Der Werkstoff HSS ist ein hochlegierter Stahl, der die Elemente Kohlenstoff, Wolfram, Vanadium, Kobalt, Nickel und Molybdän in verschiedenen Anteilen enthält. 

Darüber hinaus wird der hochlegierte HSS-Stahl nach der mechanischen Aufbereitung einem speziellen Härteverfahren unterzogen. 

Dabei wird das Material bei einer Temperatur von ca. 1300 °C mit Wärme behandelt, zum Umwandeln in Martensit abgeschreckt und anschließend mehreren Temperiervorgängen bei 550 °C unterzogen. 

Es werden spezielle Karbide ausgefällt, die zu einer sogenannten Ausscheidungshärtung führen und die Festigkeit der Stahllegierung oder der Materialhärte erhöhen.

HSS-Stahl kann eine Härte von bis zu 57 HRc erreichen und pulvermetallurgisch hergestellter HSS-Stahl (PM-HSS) eine Härte von bis zu 66 HRc. 

HRc steht für Härte Rockwell in der Skala C (Kegel). Dies ist die internationale Maßeinheit für die Härte von technischen Werkstoffen. 

Der HSS-Stahl für Bohrer wird nach der europäischen Norm EN ISO 4957 HS hergestellt.

 

2. HSS-Bohrertypen und Anwendungsbereiche

HSS-Bohrer sind in verschiedenen Typen und Varianten erhältlich, die für unterschiedliche Einsatzbereiche und Materialien ausgelegt sind. Die Spiralgeometrie ist speziell für die Metallbearbeitung ausgelegt. Man unterscheidet die drei Spiraltypen “H”, “N” und “W”.

 

2.a Typ H

Der HSS-Spiralbohrer Typ H hat eine lange Spirale und ist für harte, zähe und spröde Schneidstoffe ausgelegt. 

Mit diesem Modell können Stahl ab 1250 N/mm², Magnesiumlegierungen, sprödes Messing, Bronzesorten, Hartkunststoff, Hartgummi, Plexiglas, Fulgurit und Stein Schiefer oder Kohle gebohrt werden. 

Der Verdrehwinkel ist hier kleiner und liegt zwischen 10° und 16°, während der Spitzenwinkel 118° oder 130° betragen kann.

 

2.b Typ N

Spiralbohrer Typ N sind für metallische Werkstoffe mit normaler Festigkeit und Härte. 

Dazu gehören beispielsweise Stahl von 500 – 1250 N/mm², hitzebeständiger Stahl, Edelstahl, Gusseisen, Temperguss, Eisenwerkstoffe und Nichteisenmetalle wie Zink, Leichtmetall, Kupfer und Messing (Ms 60 – 63). 

Die Bohrer haben in der Regel einem Spiralwinkel von 20° bis 30° sowie einem Spitzenwinkel von 118°.

 

2.c Typ W

Ein Typ W eignet sich für weiche, zähe und lang spanende Materialien. 

Er wird zum Bohren von Aluminium, weichen Aluminiumlegierungen, Kupfer, Phosphorbronze, zähen und gehärteten Leichtmetallen, weichen Kunststoffen und Hartholz oder Pressholz verwendet werden. 

Die Spirale hat einen Drallwinkel zwischen 35° und 40°, während der Spitzenwinkel 130° oder 135° beträgt.

 

Gefertigt werden die Bohrer in unterschiedlichen Verfahren. Man unterscheidet zwischen rollgewalzten (HSS-R), geschliffenen (HSS-G) und kobaltlegierten HSS-Bohrern (HSS-E).

 

2.d HSS-R Bohrer

Ein gerollter HSS-Bohrer ist für konventionelle Normalbohrarbeiten geeignet und entspricht der Grundqualität. 

Er hat eine hohe Bruchfestigkeit und eine gute Spanabfuhr aus. Es können Stahl, Grauguss, Temperguss, Sintereisen, Bronze, Messing oder Aluminium bearbeitet werden. 

Diese Bohrer sind doch etwas elastisch und verzeihen ein Verkanten beim Handbohren erheblich eher. Sie kommen aber auch im Bohrständer zum Einsatz.

 

2.e HSS-G Bohrer (M2 ist heutzutage der Standard für HSS-G Bohrer)

Aus dem Vollmaterial wird ein HSS-G Bohrer gefräst, gehärtet und an den Schneidkanten und an der Spirale geschliffen. 

Er eignet sich besonders für präzise Arbeiten mit hoher Standzeit und geringen Toleranzen. 

„Fully ground“ also komplett geschliffen glänzt die Spirale. 

Sie sind genauer als als HSS-R-Bohrer, haben eine längere Standzeit und sind selbstzentrierend. 

So können Materialien wie Stahl, Stahlguss, Gusseisen, Sintereisen, Graphit, Messing, Aluminium und Bronze bearbeitet werden. 

HSS-G-Bohrer werden auch in Dreh- und Fräsmaschinen eingesetzt.

 

2.f HSS-E Bohrer (M35 oder auch Cobalt Steel)

HSS-E-Bohrer werden zusätzlich mit Kobalt legiert. 

Mit diesem hochwertigen und hitzebeständigen Material können Materialien mit hoher Festigkeit und Härte bearbeitet werden. 

Diese Bohrer eignen sich besonders für die Bearbeitung von Edelstahl. 

HSS-E-Bohrer haben eine hohe Lebensdauer wegen der höheren Härte und sind ausgezeichnet Hitzebeständigkeit.

 

3. Die Konstruktion

Der Spiralbohrer besteht im Allgemeinen aus einem zylindrischen oder konischen Schaft. Heutzutage sind auch 6-Kantschäfte oder 3-Kantschäfte zu haben. 

Weiters aus einem schraubenförmigen, spanabführenden Nutbereich und der Bohrerspitze. 

Der Bohrkopf ist konisch und weist in der Regel zwei Schneiden auf, die jeweils aus einer Hauptschneide, einer Nebenschneide und einer Querschneide bestehen. 

Die Schneiden entfernen das Material und transportieren die Späne durch die Nuten. 

Die Spiralen werden auch zur Versorgung mit Kühlschmierstoff (Bohrmilch oder spezielle Öle) verwendet.

Ein HSS-Bohrer wird am Kopf geschärft und hat meist einen Spitzenwinkel von 118°. 

Zum Bohren von Hartmetallen wie Edelstahl hat ein HSS-E Bohrer mit Kobalt einen Spitzenwinkel von 135°. 

Der Spitzenwinkel von 118° hat Einfluss auf die Druckbelastung, das Drehmoment und die Spanstärke. 

Der größere und flachere Spitzenwinkel von 135° ist für harte, zähe Metalle geeignet und lässt sich zu Beginn des Bohrens leichter zentrieren. 

Die Schneidkanten von HSS-Bohrern für weiche Metalle sind flacher und verhindern so, dass der Bohrer sich in das Metall frisst. Sie sind auch für andere weiche Materialien wie z.B. Kunststoff geeignet.

Die HSS-Bohrer unterscheiden sich auch in der Spiralgeometrie, der Formgebung und den Schleifformen und sind daher speziell für die Bearbeitung der verschiedenen Materialien konzipiert.

 

4. Hohe Belastbarkeit und Hitzebeständigkeit

HSS-Bohrer zeichnen sich in ihren Eigenschaften gegenüber einem normalen Werkzeugstahl vor allem durch eine hohe Belastbarkeit, Härte, Verschleißfestigkeit, dauerhafte Funktionalität, sehr scharfe Schneiden sowie eine form- und härtebeständige Hitzebeständigkeit bis zu 650 °C aus. 

Sie ermöglichen ein hohes Spanvolumen und eine schnellere Bearbeitung des Materials und reagieren weniger empfindlich auf Druck- und Zugbelastungen.

Durch eine spezielle Beschichtung der HSS-Bohrer, wie Titan-Aluminium-Nitrid (violett, anthrazit), Titancarbonitrid (braunschwarz), Titannitrid (goldfarben) oder Kobalt (regenbogenfarben), kann die Härte und Verschleißfestigkeit zusätzlich erhöht werden. 

Darüber hinaus verhindert sie auch, dass die Späne haften bleiben.

HSS-Bohrer werden bei der Metallbearbeitung eingesetzt und können je nach Modell und Typ anspruchsvolle Materialien wie Stahl, Eisen, Gusseisen, Edelstahl, Kupfer, Messing, Zink oder Aluminium optimal bohren und bearbeiten. 

Mit diesen hochlegierten Bohrern können auch verschiedene Kunststoffe, Hartkunststoffe oder Plexiglas bohren.

 

5. Die Schleifformen

Üblich ist der Kegelmantelschliff. Je nach Aufgabe gibt es ihn in besonderen Schleifformen.

  • mit ausgespitzter Querschneide (Form A)
  • mit ausgespitzter Querschneide und korrigierter Hauptschneide (Form B)
  • mit Kreuzanschliff (Form C)
  • mit ausgespitzter Querschneide und facettierten Schneidenecken für Gusseisen (Form D)
  • mit Zentrumsspitze als Sonderanschliff für weiche Werkstoffe (Form E)
 

Beim Vierflächenschleifen (Form V) besteht die Bohrerspitze nicht aus einer konischen Schale, sondern aus vier planen Flächen. Diese Form wird hauptsächlich für extrem kleine Bohrer und für kleine Löcher verwendet. Ein Bohrer mit Spiralspitzenschliff hat eine S-förmige Querschneide und ermöglicht so eine optimale Zentrierung.

Durch den richtigen Schliff kann die Bohrleistung und die Bohrqualität deutlich gesteigert werden. So werden beispielsweise HSS-Bohrer aus der Kobalt-Legierung mit Kreuzfase für besonders harte und zähe Materialien bevorzugt.

Eine bessere Zentrierung wird durch die Kreuzschliff (Form C) erreicht.

 

6 Effizient arbeiten mit dem Stahlbohrer

Beim Bohren von Metall ist neben den üblichen Schutzmaßnahmen auf eine gute Fixierung des Werkstückes zu achten.

Meist wird mit dem Körner zentriert und/oder mit einem kleinen Durchmesser vorgebohrt.

Grundregel für die Drehzahl ist, je kleiner der Durchmesser des Bohrers umso höher die Drehzahl. Im Zweifelsfall besser zu langsam als zu schnell bohren und ausreichende Kühlung und Schmierung nicht vergessen.

Ein Problem ist, dass viele Bohrmaschinen nicht langsamer als 500 U/min drehen und das je nach Material schon bei 10mm Durchmesser zu viel sein kann.

Exakte Daten findest du oft in den Katalogen der diversen Hersteller. Dort findest Du auch Informationen über den Anpressdruck.

HSCo oder HSS-E enthalten Cobalt. Das macht sich deutlich bemerkbar und vor allem bei Edelstahl oder legiertem Stahl machst Du damit sicher keinen Fehler.

Die wohl häufigste Beschichtung ist TiN (Titannitrit) und kann die Standzeit bis zum 4-fachen verlängern. Allerdings kosten gute TiN Bohrer auch richtig Geld.

Die goldenen Bohrer aus dem Baumarkt sind meistens TiN beschichtet. Allerdings kann diese so dünn, dass sie keinerlei Funktion erfüllt. Die goldene Dekoration ist meist nach einer Bohrung weg.

Für regelmäßige Anwendung kannst Du dich nach HSS-E M35 Bohrern umsehen. Diese halten einfach wesentlich länger. Faire Angebote für einen Satz mit 25 Bohrern von 1 – 13 mm in 0,5 mm Abstufung gibt es Online schon ab ca. 70€.

Übrigens, die geschliffenen Wendel machen sich vor allen bei tieferen Löchern bemerkbar, da die Spanabfuhr ist um Welten besser.

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Über den Autor

Reinhard Konrad ist Gründer und CEO der R. Konrad GmbH.

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