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DIE BOHRER

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1. Wozu dient ein Bohrer?

Der Bohrer ist ein Schneidwerkzeug mit rotierender Bewegung, das durch Materialabtrag ein zylindrisches Loch erzeugen soll. In der Uhrmacherei, wo die Abmessungen häufig unter einem Millimeter liegen und die Präzision in Hundertsteln, ja sogar in Mikrometern gemessen wird, muss das Werkzeug perfekt zylindrische und geradlinige Bohrungen ohne Grate gewährleisten, die vor allem von einem Werkstück zum anderen reproduzierbar sind. Die Wahl des Bohrers – durch seine Geometrie, seinen Werkstoff und seine Beschichtung – bestimmt unmittelbar die Qualität der erzielten Bohrung, den Oberflächenzustand, die Maßgenauigkeit und die Lebensdauer des Werkzeugs. Es handelt sich also um ein dem Anschein nach bescheidenes, aber in der Fertigungskette der Uhrwerk- und Ausstattungskomponenten entscheidendes Werkzeug.

2. Die wichtigsten Bohrerprofile

Man unterscheidet mehrere Geometrien, von denen jede für eine bestimmte Art von Arbeitsgang geeignet ist.

Der Schrauben-Bohrer stellt die am universellsten verwendete Form dar. Er besteht aus einem Schaft (Befestigungsteil im Futter), einem zylindrischen Körper mit zwei schraubenförmigen Nuten zur Spanabfuhr sowie einer Spitze, die die beiden Hauptschneidkanten bildet, welche durch eine Querkante (die Seele) verbunden sind. Der Spitzenwinkel beträgt typischerweise 118° für den allgemeinen Gebrauch; er wird auf 130° oder 140° für harte Stähle und Edelstähle erhöht und auf 90° bis 100° für weiche Legierungen und Kunststoffe verringert. Der Drallwinkel wiederum beeinflusst die Spanabfuhr: ein flacher Drall (modifizierter Typ N, 10°-19°) eignet sich für Messing und Bronze, ein normaler Drall (25°-30°) für Stahl und ein starker Drall (35°-45°) für Aluminium und Polymere.

Schrauben- Bohrer

Der Anbohrer (oder Zentrierbohrer) dient dazu, das Bohren einzuleiten, indem er einen präzisen Kegel erzeugt, der anschließend den Schrauben-Bohrer führt. Seine kurze und starre Geometrie verhindert das Ausknicken (Dezentrierung der Bohrung). Der genormte Zentrierbohrer vereint auf demselben Schaft eine zylindrische Spitze und einen Kegel, meist mit 60°.

Ankörnbohrer (oder Zentrierbohrer)

Der Lanzenbohrer, manchmal auch Flachspitzbohrer oder „Natterzunge“ genannt im traditionellen Uhrmacher-Vokabular, bleibt ein Klassiker der manuellen Arbeiten. Von Hand vom Uhrmacher, Uhrmacherin geschmiedet und geschärft, weist er eine symmetrische, lanzenförmige Spitze auf, die ohne seitliches Abweichen in das Material eindringt. Er wurde historisch mit dem Drehbogen betrieben, später mit der Handbohrmaschine; er behält heute seinen Platz bei feinen Nacharbeiten und der Instandsetzung kleiner Löcher, bei denen man den Ansatz sehr fein kontrollieren möchte.

Der Stufenbohrer ermöglicht es, in einem einzigen Arbeitsgang ein Loch mit mehreren aufeinanderfolgenden Durchmessern herzustellen, zum Beispiel um gleichzeitig einen Schraubenkopf und seinen Gewindegang für den Durchgang aufzunehmen.

3. Materialien und Beschichtungen

Der Werkstoff des Werkzeugs wird je nach zu bohrendem Material, angestrebter Schnittgeschwindigkeit und erwarteter Standzeit ausgewählt.

Der Kohlenstoffstahl, der historisch in der Uhrmacherei für sehr kleine, von Hand geschliffene Bohrer verwendet wurde, behält eine ausgezeichnete Schneidfähigkeit, sofern bei niedriger Geschwindigkeit gearbeitet wird. Seine Anlasstemperatur von etwa 200 °C schränkt jedoch seinen Einsatz in der modernen Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ein.

Der Schnellarbeitsstahl, in der europäischen Normung als HSS (High Speed Steel) oder HS bezeichnet, stellt den aktuellen Standard für die meisten Bohrer mit kleinem Durchmesser dar. Er verträgt deutlich höhere Schnittgeschwindigkeiten dank seiner Warmfestigkeit (bis etwa 550 °C) und bietet einen guten Kompromiss zwischen Härte, Zähigkeit und Kosten.

Kobalt-Schnellarbeitsstahl (HSS-Co, typischerweise mit 5 bis 8 % Kobalt) weist eine erhöhte Warmhärte auf; er wird bevorzugt für vergütete Stähle, rostfreie Stähle und zähe Legierungen eingesetzt, die häufig bei der Uhrmacher-Ausstattung (Gehäuse, Böden, Lünetten) vorkommen.

Vollhartmetall, auf Basis von gesintertem Wolframcarbid mit einem Kobaltbinder, wird heute weitgehend auf Hochgeschwindigkeits-Bearbeitungszentren eingesetzt. Seine sehr hohe Härte und thermische Stabilität ermöglichen Schnittgeschwindigkeiten, die bis zu 10-mal höher sind als beim HSS. Allerdings erfordert seine Sprödigkeit eine hohe Spindelsteifigkeit, eine sorgfältige Führung und das Fehlen von Stößen, was den manuellen Einsatz ausschließt.

Polykristalliner Diamant (PCD) und kubisches Bornitrid (CBN) bleiben ganz speziellen Anwendungen vorbehalten: dem Bohren von Keramik, Saphir oder Verbundwerkstoffen, die in bestimmten Ausstattungsteilen verwendet werden.

Moderne Beschichtungen verlängern die Lebensdauer der Werkzeuge erheblich und ermöglichen häufig ein Bohren im Trockenlauf oder mit geringer Schmierung. Titannitrid (TiN, goldfarben), Titan-Aluminium-Nitrid (TiAlN, grau bis anthrazit), Chromnitrid (CrN) und die diamantähnliche Kohlenstoffbeschichtung (DLC) sind die gängigsten. Jede besitzt eine eigene Oberflächenhärte und Warmfestigkeit, die je nach gewählter Werkstoff-Geschwindigkeits-Kombination auszuwählen ist.

4. Die Mittel zur Umsetzung

Je nach Feinheit des Arbeitsschritts und angestrebter Taktzahl kann der Bohrer mit verschiedenen Ausrüstungen betätigt werden, von der manuellsten bis zur automatisiertesten.

Das Handfutter (von Hand gehaltener und angetriebener Bohrerhalter) bleibt das Referenzwerkzeug für Nacharbeiten und gelegentliches Bohren am Werktisch. Der Uhrmacher, die Uhrmacherin setzt dort einen Lanzenbohrer oder einen Schrauben-Bohrer mit sehr kleinem Durchmesser ein und dreht das Futter zwischen den Fingern oder mithilfe eines Drehbogens. Die taktile Feinfühligkeit ermöglicht eine sehr präzise Kontrolle des Vorschubs und begrenzt den Bruch empfindlicher Bohrer.

Die sensitive Werktisch-Bohrmaschine gewährleistet eine motorisierte Rotation, doch der Vorschub bleibt manuell und sehr progressiv. Ihr reduzierter Hub und ihre Steifigkeit eignen sich für Löcher von einigen Zehntelmillimetern bis zu einigen Millimetern, wie sie in der Uhrmacherei häufig vorkommen.

Die Ständerbohrmaschine bietet eine höhere Leistung und Winkelgenauigkeit, mit einem verstellbaren Tisch und einer über Hebel oder Handrad gesteuerten Absenkung. Sie wird für größere Durchmesser oder für wiederholte Bohrungen an einer Serie von Rohlingen eingesetzt und nimmt gerne standardmäßige HSS-Bohrer auf.

Die Uhrmacher-Drehbank, die Spitzendrehbank oder die Mechaniker-Drehbank ermöglichen es, mithilfe eines beweglichen Reitstocks in der Achse eines in Rotation versetzten Werkstücks zu bohren — eine ideale Situation, um ein perfekt koaxiales Loch zu einem Zylinder zu erhalten, zum Beispiel an einem Stift, einem Rohr oder einer Schraube.

CNC-gesteuerte Maschinen — CNC-Drehbänke, Bearbeitungszentren und programmierbare Bohrmaschinen — gewährleisten die in der industriellen Fertigung erforderlichen Taktzeiten und Wiederholgenauigkeit. Sie ermöglichen den Einsatz von Hartmetallbohrern bei sehr hoher Geschwindigkeit, mit interner oder externer Kühlmittelzufuhr unter hohem Druck, sowie die Kombination des Bohrens mit weiteren Arbeitsgängen (Fräsen, Gewindeschneiden, Ausreiben) in einer einzigen Werkstückaufspannung, was eine bemerkenswerte Maßhaltigkeit gewährleistet.

5. Parameter und bewährte Praktiken

Über die Wahl des Werkzeugs hinaus beruht der Erfolg eines Bohrvorgangs in der Uhrmacherei auf drei wesentlichen Parametern: der Schnittgeschwindigkeit (ausgedrückt in Metern pro Minute, abhängig von der Werkzeug-Werkstoff-Paarung), dem Vorschub pro Umdrehung (oft unter 0,02 mm bei sehr kleinen Durchmessern) und der Schmierung. Ein reines flüssiges Schneidöl oder eine geeignete Emulsion verhindert Fressen, leitet die Wärme ab und verbessert die Oberflächengüte der Bohrung. Die Zentrizität der Aufspannung, die Steifigkeit der Spindel und die Qualität des Schleifens bleiben zudem wesentliche Voraussetzungen: ein außermittiger oder schlecht geschliffener Bohrer erzeugt ein ovales, kegeliges oder versetztes Loch – Mängel, die bei einem Uhrenbauteil inakzeptabel sind.

Letztlich ist der Bohrer nie ein einfaches austauschbares Verbrauchsmaterial: Seine Geometrie, sein Material und seine Einsatzweise bilden ein kohärentes System, von dem die Qualität jeder Bohrung abhängt. Die Beherrschung dieser Parameter zeichnet die professionelle uhrmacherische Praxis aus, sei sie handwerklich oder industriell.