IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 6/1999, Seite 212 ff.
WERKZEUGE
Einsatzkriterien von Bohrmaschinen, Schlagbohrmaschinen und elektropneumatischen Bohrhämmern
Dipl.-Ing. (FH) Andreas Jany*
Der Anwender von Elektrowerkzeugen hat zunehmende Ansprüche und Forderungen an die Art und Qualität der auszuführenden Arbeiten. Neue zu bearbeitende Materialien, neue Verbindungselemente, Beschläge, Schrauben, aber auch neue, rationelle Arbeitstechniken ergeben neue Anwendungsfragen, die die Ingenieure der Elektrowerkzeughersteller mit entsprechenden Maschinen beantworten müssen.
Einsatzkriterien und Anwendungsbereich
Betrachtet man die Entwicklung der letzten 40 Jahre, so werden Elektrowerkzeuge immer kleiner, leichter, leiser und leistungsfähiger. Beispielsweise betrug das Leistungsgewicht im Jahre 1950 noch etwa 50 Watt pro Kilogramm. Nach 45 Jahren Entwicklungsarbeit konnte dieses auf bis zu 600 W/kg gesteigert werden. Dies entspricht einem Leistungszuwachs von 1200% bei gleichem Gewicht.
Neben Leistungsfähigkeit und Anwendungsfreundlichkeit stehen auf der Prioritätenliste der Pflichtenhefte ebenso Forderungen nach Ergonomie, Sicherheit, Langlebigkeit und Service ganz oben. Die Summe dieser Forderungen des Kunden läßt sich als Gesamtforderung Qualität bezeichnen. Qualitativ hochwertige Elektrowerkzeuge werden diesen Forderungen gerecht. Nicht zuletzt deshalb unterzieht sich ein großer Teil der Elektrowerkzeughersteller den Anforderungen des Qualitätsmanagementsystems nach DIN EN ISO 9001 bis 9004.
Funktionsprinzip und Einsatz handgeführter Elektrowerkzeuge
Als passender Antrieb hat sich der Universalmotor bewährt. Er wird bei Netzgeräten in der Regel mit Wechselstrom betrieben. Die Leistungsaufnahme bezieht der Motor entweder per Kabel direkt aus dem Netz oder aus dem Akku-Pack, der bei den Akkumaschinen das Kabel überflüssig macht. Auf diese Weise mit Energie versorgt, gibt das Elektrowerkzeug seine Leistung an das Einsatzwerkzeug weiter.
Für die verschiedenen Arbeitsvorgänge werden unterschiedliche Drehzahlen benötigt. Deshalb reduziert bei den Bohrmaschinen ein Getriebe die hohe Drehzahl des Universalmotors (bis zu 30.000 min-1) auf die jeweils erforderliche Arbeitsdrehzahl. Diese beträgt beim Bohren ca. 200 min-1 bis ca. 4000 min-1.
Entscheidend beim Einsatz des geeigneten Elektrowerkzeugs ist der Anwendungsfall. Für ein gutes Gelingen der Arbeit müssen der verwendete Werkstoff, das Einsatzwerkzeug und das Elektrowerkzeug optimal aufeinander abgestimmt sein.
Anwendungsfall "Bohren von Löchern"
Betrachtet man die Anwendung "Bohren von Löchern", so hat der Anwender die Auswahl zwischen Bohrmaschinen, Schlagbohrmaschinen und Bohrhämmern. Des weiteren ist zu überlegen, ob eine Netz- oder Akkumaschine zum Einsatz kommt.
Generell decken Elektrowerkzeuge mit Netzbetrieb das gesamte Leistungsspektrum ab und sind damit für alle Anwendungsfälle geeignet. Akkubetriebene Elektrowerkzeuge sind in ihrer Leistungsfähigkeit begrenzt, sie bieten dem Benutzer aber die größere Bewegungsfreiheit.
| Bild 1: Eine kleine Bohrmaschine zum Bohren mit hohen Drehzahlen. |
Bohrmaschinen
Die Bohrmaschine wird überwiegend für Bohrarbeiten in Stahl, NE-Metalle, Holz, Kunststoffe usw. verwendet. Welche Bohrmaschine optimal eingesetzt wird, ist abhängig von den Anwendungen bzw. von der Häufigkeit der Anwendungsfälle. Prinzipiell werden beim Bohren von kleinen Durchmessern hohe Drehzahlen benötigt. Große Durchmesser erfordern ein hohes Drehmoment bei niedrigeren Drehzahlen. Eine kleine, handliche, ergonomisch geformte Bohrmaschine zum Bohren mit hohen Drehzahlen in Stahl bis 6 mm und Weichholz bis 12 mm Durchmesser zeigt Bild 1.
| Bild 2: Universelle Bohrmaschine mit hohem Drehmoment. |
Bei Durchmessern in Stahl bis 10 mm wird ein größeres Drehmoment benötigt. Für große Durchmesser in Stahl und Holz empfiehlt sich eine universelle 2-Gang-Bohrmaschine mit hohem Drehmoment (Bild 2).
Bei der Anwendung "großer Bohrerdurchmesser", d.h. Stahl bis 16 mm und Weichholz mit Schlangenbohrern bis 40 mm empfiehlt sich eine Bohrmaschine mit extrem hohem Drehmoment. Ist neben den Holz- oder Metallwerkstoffen das Bohren in Beton oder anderen harten Steinmaterialien geplant, so wird ein "Schlag" benötigt, um einen guten Bohrfortschritt zu garantieren. Hier kommen u.a. Schlagbohrmaschinen und Bohrhämmer in Frage.
Schlagbohrmaschinen
Für gelegentliches Bohren bei nicht zu großen Durchmessern in Beton oder Stein ist die universell einsetzbare Schlagbohrmaschine bestens geeignet. Bei Schlagbohrmaschinen wird der Schlag durch zwei übereinander gleitende Rastenscheiben erzeugt. Dabei wird der Bohrfortschritt entscheidend von der Stärke des Anpreßdrucks auf die Maschinen durch den Anwender bestimmt. Prinzipiell gilt: Je stärker der Anpreßdruck, desto größer der Bohrfortschritt. Die Schlagfrequenz liegt bei ca. 50.000 Schlägen pro Minute, wodurch akzeptable Bohrleistungen erreicht werden.
Für das Schlagbohren in Stein oder Beton wird der Schlagmechanismus eingeschaltet, wobei mit der höchsten Drehzahl gebohrt wird. Bei 2-Gang-Maschinen im "schnellen" Gang.
| Bild 3: Die Schlagbohrmaschine - sie ist als Bohrwerkzeug universell einsetzbar. |
Die Schlagbohrmaschine wird ohne Schlag als Bohrmaschine für Anwendungen in Holz und Metall eingesetzt und eignet sich darüber hinaus auch zum Schrauben. Aufgrund dieses Anwendungsspektrums kann eine Schlagbohrmaschine mit dem Prädikat "universell" ausgelobt werden. Ein Beispiel einer universell einsetzbaren Schlagbohrmaschine zeigt Bild 3.
Bild 4: Diese Schlagbohrmaschine hält die Drehzahl bei jeder Last konstant. |
Bei besonders gut ausgestatteten Schlagbohrmaschinen kommen Elektroniken zur Konstanthaltung der Drehzahl zum Einsatz. Hier wird die Drehzahl bei steigender Last konstant gehalten, was zu einem außergewöhnlichen Komfort beim Bohren und insbesondere beim Schrauben führt. Mit einem hohen Drehmoment und einer Tacho-Elektronik zur Konstanthaltung der Drehzahl ist die 2-Gang-Schlagbohrmaschine in Bild 4 ausgestattet.
Bohrhämmer
Bei häufigen Anwendungen in harten Materialien wie Beton oder Gestein sowie Bohrungen mit größeren Durchmessern in diesen Materialien empfiehlt sich der Einsatz eines Bohrhammers. Im Gegensatz zur Schlagbohrmaschine genügt das sichere Halten und Führen der Maschine. Die Höhe des Anpreßdrucks hat keinen Einfluß auf den Bohrfortschritt.
Der deutlich höhere Bohrfortschritt der Bohrhämmer gegenüber den Schlagbohrmaschinen wird durch ein elektropneumatisches Schlagwerk erreicht. Die Einzelschlagenergie, in Joule gemessen, ist bei Bohr- und Meißelhämmern ein Maß für die Schlagstärke. D.h. der Anwender kann sich anhand dieser Angabe und des maximalen Bohrdurchmessers bei der Auswahl seiner Maschine orientieren. Zur besseren Vorstellung läßt sich die Energie von einem Joule mit dem freien Fall einer 200 g schweren Stahlkugel aus 50 cm Höhe erklären.
| Bild 5: Ein kleiner, handlicher Bohrhammer. |
Einige Bohrhämmer bieten die Möglichkeit, die Drehbewegung abzuschalten, und mit dem reinen Schlag leichte Meißelarbeiten auszuführen. Einen kleinen handlichen Bohrhammer zeigt Bild 5. Bei einer Schlagstärke von 0-1,6 Joule sind Bohrungen bis Durchmesser 20 mm in Beton kein Problem.
| Bild 6: Bohrhammer mit Contactfunktion. Sie schaltet ab, wenn der Bohrer leitendes, geerdetes Material berührt. |
Beim Gerät in Bild 6 signalisiert die Contactfunktion dem Anwender eine Berührung des Bohrers mit einem leitenden, geerdeten Material. Die Maschine schaltet z.B. beim Kontakt mit einer Wasserleitung sofort ab.
Beide Bohrhämmer sind mit der einfach und schlüssellos bedienbaren Werkzeugaufnahme SDS Plus ausgestattet. Eine Vario-Constamatic-Elektronik sorgt beim Gerät in Bild 6 darüber hinaus für eine Konstanthaltung der Drehzahl. Die Einzelschlagenergie liegt bei 0-2,3 Joule. In Beton sind Bohrdurchmesser bis 24 mm problemlos zu bewältigen.
Über einen Adapter können diese Bohrhämmer mit einem Bohrfutter ausgerüstet werden und somit Bohrungen in Holz bis 40 mm bzw. in Stahl bis 13 mm garantieren.
| Bild 7: Leistungsstarker Bohrhammer mit 5,5 kg Gewicht. |
Für größere Durchmesser und mittelschwere Meißelarbeiten werden schwerere Bohrhämmer eingesetzt, die ein Gewicht von über 4 kg haben. Einen starken Bohrhammer mit einem Gewicht von 5,5 kg, der auch für Meißelarbeiten einsetzbar, aber noch sehr handlich ist, zeigt Bild7. Er ist mit der schlüssellosen Werkzeugaufnahme SDS-max ausgestattet. Durch die Elektronik ist die Einzelschlagenergie zwischen 1 und 8,2 Joule einstellbar, und die Drehzahl wird mittels Tachoregelung konstant gehalten. Damit sind Bohrungen in Beton bis Ø 45 mm mit Hammerbohrern und sogar Ø 100 mm mit Bohrkronen möglich.
Akku-Bohrmaschine und Schrauber
Bohren, Schlagbohren und Schrauben - all dies kann man heute auch mit Elektrowerkzeugen ohne Strom aus der Steckdose erledigen. Besonders im Handwerk erfreuen sich Akkubohrmaschinen steigender Beliebtheit. Als Grund hierfür läßt sich der Komfort beim Einsatz dieser Geräte nennen.
Akku-Maschinen sind unabhängig von der Stromversorgung, d.h. es ist bequemes Arbeiten fernab jeder Stromversorgung möglich. Akku-Geräte sind schnell einsatzbereit. Große Distanzen brauchen nicht mit einem Verlängerungskabel überbrückt zu werden.
Den vermeintlichen Nachteil der zeitlich begrenzten Nutzungsdauer kann durch Mitbenutzen eines zweiten Akku-Packs oder/und eines Super-Schnell-Ladegerätes begegnet werden. So kann der Anwender kontinuierlich, ohne Unterbrechung durch einen Nachladevorgang, arbeiten.
Auch die kontinuierliche Erhöhung der Akku-Kapazität, mittlerweile sind 2,0 Ah Akku-Packs keine Seltenheit mehr, bewirken eine längere Ausdauer der Akkumaschinen. Je nach Ausstattung des Ladegerätes mit elektronischer Steuerung lassen sich Akku-Packs bis zu 3000 mal laden, was eine Verdreifachung der bisherigen Lebensdauer bedeutet.
| Bild 8: Akku-Bohrmaschine und -Schrauber in 12 V-Ausführung. |
Gängige Akkuspannungen liegen heutzutage bei 9,6 bis 18 V. Prinzipiell gilt, daß die Akkumaschine mit höherer Spannung auch eine höhere Leistung hat. Als Akku-Bohrmaschine und -Schrauber (2 Gänge, 12 V) mit Super-Schnell-Ladegerät und 2,0 Ah Akku-Pack bietet sich das Gerät in Bild 8 an. Der innovative Impulsbetrieb ermöglicht exaktes Schrauben und bequemes Anbohren ohne anzukörnen. Die universell einsetzbare Akkubohrmaschine hat enorme Kraftreserven. Das Anziehmoment von 22 Nm/53 Nm (weicher/harter Schraubfall) gestattet sogar die Verwendung von Spanplatten-Schrauben mit 6 mm Durchmesser und 150 mm Länge.
Die maximalen Bohrdurchmesser liegen in Stahl bei 10 mm und in Weichholz bei 25 mm. Als weitere Merkmale sind das schlüssellose Schnellspannbohrfutter, die 9stufige Drehmomentbegrenzung und die FET-Elektronik für stufenlose Drehzahlveränderung mit Schnellstopfunktion zu nennen.
| Bild 9: Ein elektropneumatischer Akku-Bohrhammer. |
Der elektropneumatische Akku-Bohrhammer (Bild 9) ist für kabelloses Arbeiten in Beton oder Gestein einsetzbar. Er läßt sich wahlweise mit 2,0 Ah- oder 4,0 Ah-Akku-Packs ausrüsten und ist mit der schlüssellos bedienbaren Werkzeugaufnahme SDS-Plus ausgestattet. Die Einzelschlagenergie liegt bei 0-1,4 Joule. In Beton sind Durchmesser bis 20 mm möglich.
Mittels Steckadapter kann dieser Bohrhammer mit einem Zahnkranzbohrfutter ausgerüstet werden, um dann Bohrungen in Weichholz bis 30 mm bzw. in Stahl bis 13 mm auszuführen. Der Akku-Bohrhammer wird bei Bedarf mit Super-Schnell-Ladegerät und zwei Akku-Packs ausgeliefert. Dies ermöglicht dem Anwender kontinuierliches Arbeiten.
*) Dipl.-Ing. (FH) Andreas Jany: Abteilung Produkt-Marketing, Metabowerke GmbH, Nürtingen
B i l d e r : Metabowerke GmbH, Nürtingen
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