Form B oder Form C: Welcher Gewindebohrer passt zu welchem Loch?

Das Grundprinzip ist schnell erklärt: Form B mit Schälanschnitt ist für Durchgangslöcher vorgesehen. Form C besitzt einen kürzeren Anschnitt und wird vor allem für Sacklöcher eingesetzt. Bei Form C muss jedoch genauer unterschieden werden. Eine gerade genutete Ausführung transportiert die Späne nicht aktiv aus dem Kernloch, während eine Rechtsspirale sie zurück zur Kernlochöffnung führt. Welche Variante passt, hängt deshalb nicht allein von der Kernlochart ab, sondern auch vom Werkstoff und der entstehenden Spanform.

Form B und Form C bezeichnen zunächst den Anschnitt

Der Anschnitt ist der vordere Bereich des Maschinengewindebohrers, in dem die Schneidzähne das Gewindeprofil schrittweise erzeugen. Die ersten Zähne schneiden dabei noch nicht sofort das vollständige Gewindeprofil. Sie nehmen zunächst nur einen Teil des Materials ab. Mit jedem weiteren Zahn im Anschnitt wird das Profil tiefer ausgearbeitet, bis schließlich die vollständige Gewindeform erreicht ist. Dadurch kann der Gewindebohrer leichter in das Kernloch eintreten. Gleichzeitig verteilt sich die beim Gewindeschneiden entstehende Belastung auf mehrere Schneiden, statt direkt zu Beginn vollständig auf einzelne Zähne zu wirken.

Bei Form B verteilt sich diese Zerspanungsarbeit üblicherweise auf vier bis fünf Gewindegänge. Form C besitzt dagegen einen kürzeren Anschnitt von etwa zwei bis drei Gängen. Dadurch kann das vollständige Gewindeprofil bei einem Sackloch näher an den Kernlochgrund heranreichen. Die Buchstaben B und C sind jedoch noch keine vollständige Beschreibung des Werkzeugs. Spannuten, Schälanschnitt, Spiralrichtung und Spiralwinkel müssen zusätzlich betrachtet werden.

„Bei der Auswahl reicht es nicht, nur Form B oder Form C auf dem Werkzeug zu lesen. Form B ist für Durchgangslöcher die klare Standardlösung, während bei Form C zusätzlich geprüft werden muss, ob eine gerade Nut oder eine Rechtsspirale zum Werkstoff passt. Kurzbrechende Späne können in den Spannuten verbleiben (Form C), lange Späne müssen dagegen kontrolliert aus dem Sackloch herausgeführt werden (Form C mit Rechtsspirale). Entscheidend ist deshalb immer das Zusammenspiel aus Kernlochart, Werkstoff, Gewindetiefe und Spanabfuhr.“

Form B mit Schälanschnitt für Durchgangslöcher

Form B besitzt einen Schälanschnitt, der die beim Gewindeschneiden entstehenden Späne in Schneidrichtung nach vorne schiebt. Bei einem Durchgangsloch ist dieser Weg frei. Die Späne können auf der gegenüberliegenden Seite aus dem Bauteil austreten, statt im bereits geschnittenen Gewinde zu verbleiben.

Diese Spanführung macht Form B zur bevorzugten Lösung für Durchgangslöcher, insbesondere bei mittel- und langspanenden Werkstoffen. Gleichzeitig kann das Werkzeug durch seine vergleichsweise flachen Spannuten stabil ausgeführt werden. Das ist vor allem bei wiederkehrenden Bearbeitungen und in der Serienfertigung von Vorteil, weil der Spanweg klar definiert ist und der Gewindebereich nicht unnötig mit Spänen belastet wird.

Ein Form-C-Gewindebohrer kann grundsätzlich ebenfalls in einem Durchgangsloch eingesetzt werden. Pauschal zu sagen, Form C könne dort immer ohne Einschränkungen verwendet werden, wäre allerdings zu weitgehend. Gerade genutete Form-C-Ausführungen eignen sich beispielsweise auch für Durchgangslöcher in kurzspanenden Werkstoffen. Bei längeren Spänen ist Form B aufgrund der gezielten Spanführung nach vorne normalerweise die sinnvollere und wirtschaftlichere Wahl.

Praxisbeispiel: M6-Durchgangsgewinde in 42CrMo4

42CrMo4, ein M6-Durchgangsgewinde und ein freier Spanweg nach vorne: Für diese Kombination kam bei einem VÖLKEL-Praxistest ein GRÜNRING-Maschinengewindebohrer aus HSSE, Form B mit Schälanschnitt, zum Einsatz. Gefertigt wurden die Gewinde in einem Bauteil für Vorderachsen bei einem Automobilzulieferer.

Die Werkzeuggeometrie passte dabei direkt zur Anwendung. Durch das Durchgangskernloch konnten die beim Gewindeschneiden entstehenden Späne in Schneidrichtung nach vorne aus dem Bauteil geführt werden. Gleichzeitig war der eingesetzte GRÜNRING-Maschinengewindebohrer auf die Bearbeitung des Werkstoffs abgestimmt.

Der Anwender war mit der Qualität der gefertigten Gewinde zufrieden und erreichte mit den eingesetzten Werkzeugen eine höhere Standzeit.

Weitere Angaben zu Werkzeug, Maschine, Schmierung und Testergebnis findest Du im Beitrag „M6-Gewinde in 42CrMo4: GRÜNRING-Maschinengewindebohrer im Praxistest“.

Form C ohne Rechtsspirale für Sacklöcher

Form C besitzt einen kurzen Anschnitt von etwa zwei bis drei Gewindegängen. Dadurch entsteht das vollständige Gewindeprofil früher als bei Form B. Das ist bei Sacklöchern wichtig, weil hinter dem benötigten Gewinde nur begrenzt Platz zur Verfügung steht.

Bei einer geraden Form-C-Ausführung werden die Späne jedoch nicht aktiv aus dem Kernloch transportiert. Sie sammeln sich während der Bearbeitung in den Spannuten und teilweise im verbleibenden Raum hinter dem Gewinde. Das funktioniert nur zuverlässig, wenn der Werkstoff kurze, gut kontrollierbare Späne erzeugt oder wenn lediglich ein relativ kurzes Gewinde geschnitten wird.

Das Volumen der Spannuten muss ausreichen, um die entstehenden Späne aufzunehmen. Werden die Späne länger als erwartet oder ist das Gewinde zu tief, können sich die Nuten zunehmend füllen. Die Späne werden dann nicht mehr sauber aufgenommen, sondern können sich zwischen Werkzeug und Gewindeflanken verklemmen. Eine Form C ohne Rechtsspirale ist daher nicht automatisch für jedes Sackloch geeignet.

Form C mit Rechtsspirale für Sacklöcher

Bei langspanenden Werkstoffen reicht es nicht aus, die Späne lediglich in den Spannuten aufzunehmen. Sie müssen aktiv aus dem Sackloch herausgeführt werden. Dafür wird Form C mit einer Rechtsspirale kombiniert.

Die spiralisierten Spannuten transportieren die Späne zurück zum Werkzeugschaft und zur Öffnung des Kernlochs. Dadurch werden die Späne nicht vor dem Werkzeug am geschlossenen Kernlochgrund verdichtet. Das ist besonders bei zähen Werkstoffen wichtig, die lange oder zusammenhängende Späne erzeugen.

Der benötigte Spiralwinkel hängt von der jeweiligen Anwendung ab. Grundsätzlich steigen die Anforderungen an die Spanförderung, wenn der Werkstoff zäher wird, die Späne länger werden oder das Gewinde tiefer ausgeführt werden soll. VÖLKEL führt deshalb je nach Werkzeugreihe und Einsatzgebiet unterschiedliche Form-C-Ausführungen mit verschiedenen Spiralwinkeln. Dazu gehören beispielsweise Ausführungen mit 15°, 35°, 39° oder 40° Rechtsspirale.

Wichtig ist die genaue Formulierung: Nicht Form C allein führt die Späne aus dem Sackloch heraus. Dafür ist die Rechtsspirale verantwortlich. Form C bezeichnet zunächst den kurzen Anschnitt. Erst die Kombination aus kurzem Anschnitt und Rechtsspirale ergibt das typische Werkzeug für Sacklöcher in langspanenden Werkstoffen.

Der Werkstoff entscheidet über die passende Form-C-Ausführung

Bei der Werkzeugauswahl sollte nicht nur nach der allgemeinen Werkstoffbezeichnung entschieden werden. Entscheidend ist, wie sich der konkrete Werkstoff unter den vorhandenen Bearbeitungsbedingungen zerspanen lässt.

Erzeugt der Werkstoff kurze, gebrochene Späne, können diese häufig in den Spannuten einer geraden Form-C-Ausführung aufgenommen werden. Entstehen dagegen lange, zusammenhängende oder schwer kontrollierbare Späne, müssen sie aktiv aus dem Sackloch herausgeführt werden. In diesem Fall ist eine Form C mit Rechtsspirale die passendere Wahl.

Ein typisches Beispiel für unterschiedliche Spanbildung sind Grauguss und zähere Stähle. Grauguss bildet aufgrund seiner Werkstoffstruktur meist kurze, gebrochene Späne, die sich vergleichsweise gut in den Spannuten aufnehmen lassen. Zähere Stähle können dagegen längere oder zusammenhängende Späne erzeugen, bei denen ein aktiver Spantransport aus dem Sackloch erforderlich wird. Das ist allerdings keine starre Werkstoffregel. Entscheidend ist immer das tatsächliche Spanverhalten unter den konkreten Bearbeitungsbedingungen.

Auch zwei Werkstücke, die allgemein als Stahl bezeichnet werden, können sich beim Gewindeschneiden deutlich unterschiedlich verhalten. Festigkeit, Zähigkeit, Legierung, Wärmebehandlung und tatsächlicher Materialzustand beeinflussen die Spanbildung. Hinzu kommen Gewindetiefe, Schnittgeschwindigkeit, Schmierung, Maschine und Werkzeuggeometrie. Der Werkstoffname ist deshalb nur der Ausgangspunkt der Auswahl, nicht die vollständige Antwort.

„In der Praxis liegt der Fehler häufig nicht darin, dass grundsätzlich Form C gewählt wurde, sondern darin, dass das Spanverhalten des Werkstoffs bei der Auswahl der konkreten Ausführung nicht ausreichend berücksichtigt wurde. Gerade bei Sacklöchern macht es einen entscheidenden Unterschied, ob die Späne sicher in den Spannuten aufgenommen werden können oder aktiv aus dem Kernloch herausgeführt werden müssen.“

Gewindetiefe ist nicht gleich Bohrungstiefe

Bei Sacklöchern werden drei unterschiedliche Tiefen häufig miteinander verwechselt:

1. Die nutzbare Gewindetiefe beschreibt den Bereich mit vollständig ausgeformtem Gewinde.
2. Die Werkzeugtiefe beschreibt, wie weit der Gewindebohrer tatsächlich in das Kernloch fahren muss.
3. Die Kernlochtiefe umfasst zusätzlich den notwendigen Sicherheitsabstand und den Bereich der Bohrerspitze.

Diese drei Werte sind nicht identisch. Der Anschnitt erzeugt das Gewinde nicht sofort in voller Profiltiefe. Die ersten Schneidzähne tragen zunächst nur einen Teil des Materials ab. Erst im Verlauf des Anschnitts wird das Gewindeprofil schrittweise vollständig ausgearbeitet. Der Gewindebohrer muss deshalb tiefer in das Kernloch eintauchen als die gewünschte nutzbare Gewindetiefe.

Bei Form C kommen dafür in der Regel noch zwei bis drei Gewindegänge des Anschnitts hinzu. Außerdem ist ein Sicherheitsabstand zum Kernlochgrund erforderlich. Der Gewindebohrer darf während der Bearbeitung nicht am Grund des Kernlochs anstehen.

Als vereinfachtes Grundschema gilt:

Zusätzlich muss der kegelförmige Bereich berücksichtigt werden, der durch die Spitze des Spiralbohrers entsteht. Dieser Bereich steht dem Gewindebohrer nicht vollständig als nutzbarer Arbeitsraum zur Verfügung. Die konkrete Zugabe hängt deshalb von der Gewindegröße, der Steigung, dem verwendeten Werkzeug und der Geometrie des Kernlochgrunds ab.

Bei einer Form C ohne Rechtsspirale kommt ein weiterer Faktor hinzu: Die Späne werden nicht aktiv aus dem Kernloch herausgeführt. Sie verbleiben überwiegend in den Spannuten und teilweise im freien Raum hinter dem Gewinde. Dieser Bereich dient als Spänespeicher und muss groß genug sein, um die während der Bearbeitung entstehenden Späne aufzunehmen.

Ein tieferes Kernloch kann zwar zusätzlichen Spanraum schaffen. Es ersetzt aber nicht automatisch die passende Werkzeuggeometrie. Bildet der Werkstoff lange oder zusammenhängende Späne, kann auch ein größerer Spänespeicher schnell an seine Grenzen kommen. Dann ist eine Form C mit Rechtsspirale in der Regel die prozesssicherere Lösung, weil sie die Späne aktiv zurück zur Kernlochöffnung transportiert.

Welche Folgen hat die falsche Werkzeugwahl?

Form B in einem normalen Sackloch

Form B schiebt die beim Gewindeschneiden entstehenden Späne in Schneidrichtung nach vorne. Bei einem Durchgangsloch ist dieser Spanweg frei. In einem Sackloch endet er dagegen am geschlossenen Kernlochgrund. Die Späne sammeln sich vor dem Maschinengewindebohrer und werden mit zunehmender Bearbeitung weiter verdichtet.

Dadurch kann das Drehmoment deutlich ansteigen. Spätestens beim Umkehren der Drehrichtung muss der noch mit dem Werkstoff verbundene Span sauber abgeschert werden. Da Form B einen längeren Anschnitt und eine auf Durchgangslöcher abgestimmte Geometrie besitzt, besteht die Gefahr, dass ein dünner Span nicht vollständig abgeschert, sondern zwischen Anschnitt und Gewindeflanke eingeklemmt wird. Mögliche Folgen sind beschädigte Gewindeflanken, Ausbrüche an den Schneiden und im Extremfall ein gebrochener Maschinengewindebohrer.

Form C ohne Rechtsspirale bei langen Spänen

Eine gerade genutete Form C transportiert die Späne nicht aktiv aus dem Kernloch. Bei kurzbrechenden Spänen kann das funktionieren, solange das Volumen der Spannuten und der vorhandene Spanraum ausreichen. Erzeugt der Werkstoff jedoch lange oder zusammenhängende Späne, füllen sich die Spannuten zunehmend.

Die Späne können sich verhaken, zwischen Werkzeug und Gewindeflanke geraten oder beim Rücklauf des Maschinengewindebohrers mitgeführt und gequetscht werden. Dadurch wird der Prozess unruhig, das Drehmoment steigt und die Oberfläche des Gewindes kann beschädigt werden. In diesem Fall ist eine Form C mit Rechtsspirale erforderlich, damit die Späne kontrolliert zur Kernlochöffnung transportiert werden.

Form C in einem Durchgangsloch

Ein Form-C-Maschinengewindebohrer kann grundsätzlich auch für ein Durchgangsloch verwendet werden. Bei kurzspanenden Werkstoffen kann eine gerade genutete Form C sogar sowohl für Sacklöcher als auch für Durchgangslöcher geeignet sein. Der Einsatz von Form C in einem Durchgangsloch ist deshalb nicht automatisch eine falsche Werkzeugwahl.

Bei mittel- oder langspanenden Werkstoffen ist Form B jedoch normalerweise die sinnvollere Lösung. Der Schälanschnitt führt die Späne in Schneidrichtung nach vorne und nutzt damit den freien Austritt des Durchgangslochs. Eine Form C mit Rechtsspirale würde die Späne dagegen zurück zum Werkzeugschaft fördern, obwohl sie nach vorne aus dem Kernloch austreten könnten. Das Gewinde lässt sich damit zwar schneiden, die Spanführung ist für diese Anwendung aber unnötig ungünstig und kann Spanwickel im Bereich des Schafts begünstigen.

Absolute Ausnahme: Form B in einem sehr tiefen Sackloch

In einzelnen Sonderfällen kann ein Werkzeug mit Schälanschnitt auch in einem Sackloch eingesetzt werden. Voraussetzung ist, dass das Kernloch deutlich tiefer ausgeführt wird als das benötigte Gewinde. Unterhalb der nutzbaren Gewindetiefe muss genügend freier Raum vorhanden sein, damit die in Schneidrichtung nach vorne geschobenen Späne aufgenommen werden können.

Das ist jedoch keine allgemeine Empfehlung für einen gewöhnlichen Form-B-Maschinengewindebohrer. Abhängig von der Anwendung kann eine angepasste Werkzeuggeometrie erforderlich sein, beispielsweise ein verkürzter Anschnitt und ein für das Sackloch geeigneter Anschnittfreiwinkel. Die Späne verbleiben trotzdem im Kernloch und müssen gegebenenfalls in einem zusätzlichen Arbeitsschritt entfernt werden.

Für eine geplante Serienfertigung ist diese Lösung normalerweise nicht sinnvoll. Das Kernloch muss tiefer gebohrt werden, obwohl diese zusätzliche Tiefe für die Funktion des Gewindes nicht benötigt wird. Dadurch verlängert sich die Bearbeitungszeit, der Spiralbohrer wird stärker beansprucht und die Maschine ist länger belegt. Je nach Bauteil kann die erforderliche Kernlochtiefe aufgrund der vorhandenen Materialstärke außerdem konstruktiv gar nicht möglich sein.

Zusammen mit einem möglichen Reinigungsaufwand entstehen dadurch zusätzliche Prozesskosten. Wenn sich die Bearbeitung von Anfang an planen lässt, sollte deshalb direkt eine passende Form-C-Ausführung gewählt werden. Form B in einem sehr tiefen Sackloch bleibt eine absolute Ausnahme für besondere Randbedingungen und ist keine reguläre Alternative für die Serienfertigung.

Typische Warnzeichen für eine ungeeignete Werkzeugausführung sind ein plötzlich steigendes Drehmoment, ein unruhiger Werkzeuglauf, auffällige Spanwickel, raue oder beschädigte Gewindeflanken, Ausbrüche am Anschnitt oder eine nicht vollständig erreichte Gewindetiefe. In diesem Fall sollte der Prozess gestoppt und nicht einfach mit höherer Kraft fortgesetzt werden. Zuerst müssen Werkzeuggeometrie, Spanführung und Kernlochtiefe überprüft werden.

Form B oder Form C in fünf Schritten auswählen

1. Kernlochart bestimmen: Durchgangsloch spricht in der Regel für Form B, Sackloch für Form C.
2. Spanverhalten prüfen: Kurze, gebrochene Späne können mit Form C ohne Rechtsspirale bearbeitet werden. Lange oder zusammenhängende Späne erfordern Form C mit Rechtsspirale.
3. Werkzeuggeometrie abstimmen: Anschnitt, Spannuten und gegebenenfalls Spiralwinkel müssen zur Anwendung passen.
4. Gewinde- und Kernlochtiefe prüfen: Anschnitt, Sicherheitsabstand, Bohrerspitze und benötigter Spanraum müssen berücksichtigt werden.
5. Gesamtprozess betrachten: Maschine, Schmierung, Schnittwerte und Wirtschaftlichkeit gehören ebenfalls zur Werkzeugauswahl.