Schälanschnitt

Schälanschnitte

Schälanschnitte sind speziell angeschliffene Schneidenbereiche an Gewindebohrern. Sie sorgen dafür, dass die beim Gewindeschneiden entstehenden Späne in Vorschubrichtung vor das Werkzeug geschoben werden.

Gewindebohrer mit Schälanschnitt werden deshalb hauptsächlich für die Herstellung von Durchgangsgewinden eingesetzt. Die Späne verlassen die Bohrung auf der gegenüberliegenden Werkstückseite und müssen nicht durch die Spannuten zurückgeführt werden.

Im englischen Sprachraum werden diese Werkzeuge unter anderem als Spiral Point Tap oder Gun Point Tap bezeichnet.

Funktionsweise

Beim Schälanschnitt wird die Hauptschneide im Anschnittbereich korrigiert. An der Schneide befindet sich ein negativer Seitenspanwinkel, der den entstehenden Span seitlich und nach vorn umlenkt.

Der Span bewegt sich dadurch:

• in Vorschubrichtung,
• vor dem Gewindebohrer,
• durch die Durchgangsbohrung hindurch,
• aus dem Bearbeitungsbereich heraus.

Die Spannuten dienen daher nicht hauptsächlich zum Rücktransport der Späne. Sie können vergleichsweise gerade und stabil ausgeführt werden.

Gühring beschreibt den Schälanschnitt als korrigierte Hauptschneide mit negativem Seitenspanwinkel, durch den der Span in Vorschubrichtung aus der Bohrung geschoben wird. Gühring – Gewindewerkzeuge

Einsatz im Durchgangsloch

Der Schälanschnitt benötigt hinter dem zu fertigenden Gewinde ausreichend freien Raum für Werkzeug und Späne. Deshalb eignet er sich besonders für Durchgangsbohrungen.

Die Bohrung muss so weit durch das Werkstück reichen, dass:

• der Anschnitt vollständig aus dem Gewinde austreten kann,
• die Späne vor das Werkzeug geschoben werden können,
• kein Spänestau am Bohrungsgrund entsteht,
• das vollständige Gewindeprofil erzeugt wird.

Abhängig von Werkzeug, Werkstoff und Anwendung sind Gewindetiefen von mehreren Gewindedurchmessern möglich. Konkrete Einsatzgrenzen müssen den Angaben des Werkzeugherstellers entnommen werden.

Nicht für Grundlöcher vorgesehen

Bei einem Grundloch befindet sich am Ende der Bohrung kein freier Raum. Die nach vorn geschobenen Späne sammeln sich deshalb am Bohrungsgrund.

Mögliche Folgen sind:

• Spänestau,
• steigendes Drehmoment,
• Beschädigung der Gewindeflanken,
• Verklemmen des Werkzeugs,
• Werkzeugbruch,
• unvollständiges Gewinde,
• Späne zwischen Anschnitt und Bohrungsgrund.

Für Grundlochgewinde werden normalerweise rechtsspiralisierte Gewindebohrer verwendet. Diese transportieren die Späne entgegen der Vorschubrichtung aus der Bohrung heraus.

Unterschied zum Spiralnut-Gewindebohrer

Merkmal	Gewindebohrer mit Schälanschnitt	Rechtsspiralisierter Gewindebohrer
Hauptanwendung	Durchgangsloch	Grundloch
Spanrichtung	In Vorschubrichtung	Entgegen der Vorschubrichtung
Spannuten	Meist gerade	Rechtsspiralförmig
Werkzeugkern	Vergleichsweise stabil	Durch Spiralnuten geschwächt
Spantransport	Vor das Werkzeug	Durch die Spannuten zurück
Platz hinter dem Gewinde	Erforderlich	Nur Spanraum am Bohrungsgrund erforderlich
Typische Belastung	Gute Torsionsstabilität	Höhere Belastung durch Spantransport in den Nuten

Der rechtsspiralisierte Gewindebohrer zieht die Späne nach oben aus der Bohrung. Der Schälanschnitt schiebt sie dagegen nach unten beziehungsweise in Vorschubrichtung aus dem Durchgangsloch.

Unterschied zum geradgenuteten Gewindebohrer

Ein geradgenuteter Gewindebohrer besitzt nicht automatisch einen Schälanschnitt. Ohne Schälanschnitt werden die Späne nicht gezielt nach vorn gelenkt.

Geradgenutete Gewindebohrer ohne Schälanschnitt werden häufig eingesetzt für:

• kurzspanende Werkstoffe,
• Gusseisen,
• Messing,
• Werkstoffe mit gut brechenden Spänen,
• bestimmte Grund- und Durchgangslöcher,
• Anwendungen mit innerer Kühlmittelzufuhr.

Beim Schälanschnitt wird die Spanbildung dagegen gezielt so beeinflusst, dass ein zusammenhängender Span nach vorn aus der Bohrung geschoben wird.

Anschnittform

Schälanschnitt-Gewindebohrer werden häufig mit der Anschnittform B ausgeführt. Form B besitzt normalerweise einen längeren Anschnitt als typische Grundlochwerkzeuge.

Ein längerer Anschnitt verteilt die Zerspanungsarbeit auf mehrere Zähne. Dadurch werden die einzelnen Schneiden geringer belastet.

Mögliche Vorteile sind:

• geringere Zahnbelastung,
• ruhiger Schnitt,
• niedrigere Belastung einzelner Schneiden,
• gute Werkzeugführung,
• hohe Standzeit,
• gute Prozesssicherheit.

Die Form B ist bei Maschinengewindebohrern eine verbreitete Ausführung für Durchgangsgewinde. Daneben existieren herstellerabhängige Sonderformen und kürzere Schälanschnitte, beispielsweise für begrenzten Freiraum.

Länge des Anschnitts

Der Anschnitt besteht aus mehreren noch nicht vollständig profilierten Gewindezähnen. Jeder Zahn trägt einen Teil des Materials ab.

Ein langer Anschnitt:

• verteilt die Schnittarbeit auf mehr Zähne,
• reduziert die Belastung pro Zahn,
• verbessert häufig die Werkzeugführung,
• benötigt mehr freien Weg hinter dem fertigen Gewinde.

Ein kurzer Anschnitt:

• ermöglicht Gewinde näher an einen Absatz,
• belastet die einzelnen Zähne stärker,
• kann ein höheres Drehmoment verursachen,
• stellt höhere Anforderungen an Werkzeug und Maschine.

Vor der Programmierung muss deshalb nicht nur die gewünschte Gewindetiefe, sondern auch die Länge des Anschnitts berücksichtigt werden.

Erforderlicher Überlauf

Damit ein vollständiges Gewinde entsteht, muss der Anschnitt vollständig über die nutzbare Gewindelänge hinausfahren.

Der erforderliche axiale Weg setzt sich zusammen aus:

• gewünschter nutzbarer Gewindelänge,
• Anschnittlänge,
• Sicherheitsabstand,
• gegebenenfalls Werkzeugauslauf.

Ist der Überlauf zu kurz, bleiben am Ende der Bohrung unvollständig geschnittene Gewindegänge zurück.

Bei dünnen Werkstücken muss geprüft werden, ob hinter dem Bauteil ausreichend Platz für Werkzeugspitze, Anschnitt und Späne vorhanden ist.

Spanbildung

Ein Schälanschnitt funktioniert besonders gut bei Werkstoffen, die zusammenhängende oder mäßig lange Späne bilden.

Geeignete Werkstoffe können sein:

• Baustähle,
• Automatenstähle,
• Vergütungsstähle,
• rostfreie Stähle,
• Aluminiumlegierungen,
• Kupferlegierungen,
• gut zerspanbare NE-Metalle.

Die tatsächliche Eignung hängt von der Werkzeuggeometrie, Beschichtung und Werkstoffgruppe ab.

Bei sehr kurzspanenden Werkstoffen kann auch ein geradgenuteter Gewindebohrer ohne ausgeprägten Schälanschnitt ausreichen.

Werkzeugstabilität

Da die Spannuten eines Schälanschnitt-Gewindebohrers normalerweise gerade ausgeführt werden können, bleibt ein vergleichsweise großer Werkzeugkern erhalten.

Ein großer Kernquerschnitt verbessert:

• Torsionssteifigkeit,
• Bruchfestigkeit,
• Laufruhe,
• Führung im Kernloch,
• Prozesssicherheit,
• Eignung für höhere Schnittkräfte.

Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber stark spiralisierten Grundlochgewindebohrern.

Drehmoment

Das beim Gewindebohren auftretende Drehmoment hängt unter anderem ab von:

• Gewindedurchmesser,
• Gewindesteigung,
• Werkstofffestigkeit,
• Kernlochdurchmesser,
• Anschnittlänge,
• Schneidengeometrie,
• Beschichtung,
• Schmierung,
• Schnittgeschwindigkeit,
• Werkzeugverschleiß.

Ein zu kleines Kernloch erhöht den abzutragenden Werkstoffquerschnitt und damit das Drehmoment erheblich.

Auch ein verschlissener Schälanschnitt kann zu steigenden Schnittkräften und Werkzeugbruch führen.

Kernloch

Der Kernlochdurchmesser muss zum Gewinde und zum Bearbeitungsverfahren passen. Ein zu kleines Kernloch erhöht:

• Schnittkräfte,
• Drehmoment,
• Werkzeugverschleiß,
• Bruchgefahr,
• Gratbildung.

Ein zu großes Kernloch verringert dagegen die Gewindeüberdeckung und kann die Tragfähigkeit des Gewindes reduzieren.

Für metrische Regelgewinde wird als einfache Näherung häufig verwendet:

Kernlochdurchmesser ≈ Nenndurchmesser − Steigung

Beispiel für M10 × 1,5:

10 mm − 1,5 mm = 8,5 mm

Für die tatsächliche Fertigung müssen die vorgesehenen Kernloch- und Toleranztabellen berücksichtigt werden.

Kernlochfase

Eine Fase am Bohrungseingang erleichtert das Ansetzen und Zentrieren des Gewindebohrers.

Die Fase sollte:

• mindestens den Gewindeaußendurchmesser freistellen,
• gratfrei sein,
• gleichmäßig ausgeführt werden,
• nicht unnötig tief sein.

Eine zu kleine Fase kann zu Gratbildung und beschädigten ersten Gewindegängen führen. Eine zu große Fase verkürzt die nutzbare Gewindelänge.

Auch die Austrittsseite kann entgratet oder angefast werden, damit Werkzeug und Späne sauber austreten können.

Schnittgeschwindigkeit

Die geeignete Schnittgeschwindigkeit hängt von mehreren Faktoren ab:

• Werkstoff,
• Schneidstoff,
• Beschichtung,
• Gewindegröße,
• Schmierung,
• Maschinensteifigkeit,
• Synchronität der Spindel,
• gewünschte Standzeit.

Beschichtete HSS-E- oder HSS-E-PM-Gewindebohrer können abhängig vom Werkstoff mit höheren Schnittgeschwindigkeiten eingesetzt werden als unbeschichtete Werkzeuge.

Die Schnittwerte des Werkzeugherstellers sollten als Ausgangspunkt verwendet und an die tatsächlichen Bedingungen angepasst werden.

Vorschub

Beim Gewindebohren ergibt sich der axiale Vorschub zwingend aus Drehzahl und Gewindesteigung:

Vorschubgeschwindigkeit = Drehzahl × Gewindesteigung

Beispiel:

• Drehzahl: 500 min⁻¹,
• Gewindesteigung: 1,5 mm.

Daraus ergibt sich:

vf = 500 × 1,5 = 750 mm/min

Spindeldrehzahl und Vorschub müssen synchron zueinander laufen. Abweichungen belasten die Gewindeflanken und den Gewindebohrer.

Synchrones Gewindebohren

Bei einer Maschine mit synchronisiertem Gewindebohrzyklus werden Spindeldrehung und Vorschub elektronisch gekoppelt.

Vorteile sind:

• genaue Einhaltung der Gewindesteigung,
• geringere axiale Zug- und Druckkräfte,
• hohe Prozesssicherheit,
• gute Gewindequalität,
• höhere Schnittgeschwindigkeiten möglich,
• geringerer Bedarf an Längenausgleich.

Trotz Synchronspindel kann ein Gewindeschneidfutter mit minimalem Längenausgleich kleine Synchronisationsfehler ausgleichen.

Gewindeschneidfutter

Auf Maschinen ohne vollständig synchronisierten Gewindebohrzyklus wird ein Gewindeschneidfutter mit Längenausgleich eingesetzt.

Das Futter gleicht geringe Unterschiede zwischen:

• programmiertem Vorschub,
• tatsächlicher Spindelsteigung,
• Werkzeugsteigung,
• Beschleunigung und Verzögerung

aus.

Ein zu großer oder unkontrollierter Längenausgleich kann die Maßhaltigkeit beeinträchtigen. Werkzeug, Futter und Maschinenzyklus müssen aufeinander abgestimmt sein.

Kühlung und Schmierung

Eine geeignete Schmierung reduziert Reibung, Drehmoment und Werkzeugverschleiß.

Mögliche Medien sind:

• Schneidöl,
• Emulsion,
• Minimalmengenschmierung,
• spezielle Gewindeschneidöle,
• innere Kühlschmierstoffzufuhr.

Bei schwer zerspanbaren oder rostfreien Stählen ist eine gute Schmierwirkung besonders wichtig.

Die Kühlung muss den Anschnitt und die Schneiden zuverlässig erreichen. Gleichzeitig sollen die nach vorn geschobenen Späne aus dem Durchgangsloch entfernt werden.

Innere Kühlmittelzufuhr

Eine innere Kühlmittelzufuhr kann:

• Schneiden direkt versorgen,
• Wärme abführen,
• Reibung reduzieren,
• Späne aus dem Bearbeitungsbereich transportieren,
• Prozesssicherheit bei tiefen Gewinden verbessern.

Abhängig von der Werkzeugausführung kann das Kühlmittel axial oder radial austreten.

Bei Durchgangsgewinden unterstützt eine axiale Kühlmittelzufuhr häufig den Spantransport in Vorschubrichtung.

Beschichtungen

Schälanschnitt-Gewindebohrer sind mit unterschiedlichen Beschichtungen erhältlich.

Mögliche Beschichtungen sind:

• TiN,
• TiCN,
• TiAlN,
• AlCrN,
• Hartstoff-Gleitschichten,
• herstellerspezifische Mehrlagenschichten.

Die Beschichtung wird passend zum Werkstoff und zur Kühlstrategie ausgewählt.

Eine ungeeignete Beschichtung kann bei weichen Werkstoffen zu Materialanhaftungen führen. Für Aluminium werden deshalb häufig besonders glatte Oberflächen oder speziell abgestimmte Beschichtungen verwendet.

Schneidstoffe

Typische Schneidstoffe sind:

HSS

Hochleistungsschnellarbeitsstahl ist zäh und vergleichsweise unempfindlich gegenüber Stoßbelastungen. Er eignet sich für allgemeine Anwendungen und niedrigere Schnittgeschwindigkeiten.

HSS-E

HSS-E enthält einen erhöhten Kobaltanteil und besitzt eine höhere Warmhärte. Er wird für anspruchsvollere Werkstoffe und höhere Schnittgeschwindigkeiten eingesetzt.

HSS-E-PM

Pulvermetallurgischer Schnellarbeitsstahl besitzt ein feines und gleichmäßiges Gefüge. Er verbindet hohe Zähigkeit mit guter Verschleißfestigkeit.

Vollhartmetall

Vollhartmetall-Gewindebohrer ermöglichen hohe Schnittgeschwindigkeiten und Standzeiten. Sie benötigen jedoch eine steife Maschine, präzisen Rundlauf und stabile Bearbeitungsbedingungen.

Programmierung

Die genaue Programmierung hängt von der CNC-Steuerung ab. Grundsätzlich werden benötigt:

• sichere Position über der Bohrung,
• passende Spindeldrehzahl,
• synchroner Gewindebohrzyklus,
• Gewindesteigung als Vorschub pro Umdrehung,
• ausreichende Endtiefe,
• kontrollierte Drehrichtungsumkehr,
• sichere Rückzugsbewegung.

Die programmierte Tiefe muss den Anschnitt und den erforderlichen Überlauf berücksichtigen.

Schematischer Ablauf

Ein typischer Bearbeitungsablauf ist:

1. Kernloch bohren.
2. Bohrungseintritt anfasen.
3. gegebenenfalls Austrittsseite entgraten.
4. Gewindebohrer aufnehmen und vermessen.
5. Werkzeug axial über der Bohrung positionieren.
6. Kühlschmierstoff einschalten.
7. synchronen Gewindebohrzyklus starten.
8. Werkzeug so weit verfahren, dass der Anschnitt vollständig austritt.
9. Spindeldrehrichtung synchron umkehren.
10. Werkzeug aus dem Gewinde zurückführen.
11. Gewinde reinigen und prüfen.

Häufige Fehler

Verwendung im Grundloch

Die Späne werden nach vorn geschoben und stauen sich am Bohrungsgrund. Dies kann zum Werkzeugbruch führen.

Zu geringer Überlauf

Der Anschnitt tritt nicht vollständig aus dem Werkstück aus. Die letzten Gewindegänge bleiben unvollständig.

Zu wenig Platz hinter dem Werkstück

Werkzeug oder Späne stoßen gegen Vorrichtung, Spannmittel oder Maschinenbauteile.

Falscher Kernlochdurchmesser

Ein zu kleines Kernloch erhöht Drehmoment und Bruchgefahr. Ein zu großes Kernloch reduziert die Gewindeüberdeckung.

Unzureichende Schmierung

Reibung, Aufbauschneiden und Werkzeugverschleiß nehmen zu.

Synchronisationsfehler

Abweichungen zwischen Vorschub und Spindeldrehzahl verursachen axiale Zug- oder Druckkräfte.

Verschlissener Anschnitt

Ein beschädigter Schälanschnitt lenkt die Späne nicht mehr zuverlässig nach vorn.

Fehlerbilder und mögliche Ursachen

Fehlerbild	Mögliche Ursache
Werkzeugbruch	Grundloch, Spänestau, zu kleines Kernloch oder Synchronisationsfehler
Ausgebrochene Anschnittzähne	unterbrochener Eintritt, harte Kante oder falsche Schnittwerte
Schlechte Gewindeflanken	Werkzeugverschleiß, mangelhafte Schmierung oder Rundlauffehler
Späne in den Spannuten	ungeeignete Werkstoff-Werkzeug-Kombination oder beschädigter Schälanschnitt
Unvollständige Gewindegänge	zu geringe Bearbeitungstiefe
Grat am Gewindeaustritt	fehlende Austrittsfase oder ungeeignete Schneidengeometrie
Gewinde zu groß	Rundlauffehler, Werkzeugpendeln oder falsche Toleranzklasse
Gewinde zu klein	Verschleiß, falsches Werkzeug oder Werkstückrückfederung
Hohes Drehmoment	stumpfe Schneide, falsches Kernloch oder unzureichende Schmierung

Vorteile

Schälanschnitte bieten bei Durchgangsgewinden mehrere Vorteile:

• gezielter Spantransport in Vorschubrichtung,
• geringes Risiko von Spänen in den bereits geschnittenen Gewindegängen,
• stabiler Werkzeugkern,
• hohe Torsionssteifigkeit,
• gute Prozesssicherheit,
• hohe Schnittgeschwindigkeiten möglich,
• gute Eignung für tiefe Durchgangsgewinde,
• lange Standzeiten bei richtiger Anwendung,
• gleichmäßige Gewindequalität.

Nachteile

Zu den Einschränkungen gehören:

• normalerweise nicht für Grundlöcher geeignet,
• freier Raum hinter dem Werkstück erforderlich,
• Anschnitt muss vollständig austreten,
• Späne können in Vorrichtung oder Maschine gelangen,
• Gewinde kann nicht unmittelbar an einer geschlossenen Stufe enden,
• genaue Tiefenplanung erforderlich,
• ungeeignet bei fehlendem Späneaustrittsraum.

Auswahl eines Schälanschnitt-Gewindebohrers

Für die Auswahl sollten bekannt sein:

• Gewindeart,
• Nenndurchmesser,
• Steigung,
• Gewindetoleranz,
• Werkstoff,
• Durchgangsbohrung und Bauteildicke,
• gewünschte Gewindetiefe,
• verfügbarer Auslauf,
• Maschinenleistung,
• Synchronspindel oder Ausgleichsfutter,
• Kühlschmierstoff,
• Seriengröße.

Die Angabe „Form B“ allein garantiert nicht, dass jedes Werkzeug für jeden Werkstoff geeignet ist. Schneidengeometrie, Beschichtung und Schneidstoff müssen ebenfalls zur Anwendung passen.

Sicherheit

Vor der Bearbeitung ist zu prüfen, ob der Gewindebohrer auf der Austrittsseite kollisionsfrei ausfahren kann.

Besonders zu kontrollieren sind:

• Bauteildicke,
• Anschnittlänge,
• Werkzeugspitze,
• Spannvorrichtung,
• Maschinentisch,
• darunterliegende Bauteile,
• erforderlicher Sicherheitsabstand.

Der erste Programmlauf sollte im Einzelsatz und mit reduzierter Vorschub- beziehungsweise Eilgangkorrektur erfolgen.

Zusammenfassung

Ein Schälanschnitt ist eine spezielle Schneidengeometrie an einem Gewindebohrer. Durch einen korrigierten Seitenspanwinkel werden die Späne in Vorschubrichtung vor das Werkzeug geschoben.

Schälanschnitt-Gewindebohrer eignen sich deshalb besonders für Durchgangsgewinde. Sie besitzen häufig gerade Spannuten und einen stabilen Werkzeugkern. Für Grundlöcher sind sie normalerweise ungeeignet, weil sich die Späne am Bohrungsgrund stauen würden.

Für eine prozesssichere Bearbeitung müssen Kernlochdurchmesser, Anschnittlänge, Überlauf, Schmierung und Synchronisation stimmen. Zusätzlich muss hinter dem Werkstück ausreichend Platz vorhanden sein, damit Anschnitt, Werkzeugspitze und Späne ungehindert austreten können.