Drehzahl beim Bohren berechnen: Formel, Werte, Fallstricke

Eine Formel mit drei Größen

Arnz FLOTT, seit 1854 selbst Hersteller ortsfester Bohrmaschinen, veröffentlicht sie im Serviceteil der eigenen Website in genau einer Zeile:

n = v_c × 1000 ÷ (π × d) – dabei ist n die Drehzahl in Umdrehungen je Minute, v_c die Schnittgeschwindigkeit in Metern je Minute und d der Bohrerdurchmesser in Millimetern. Die Umkehrung lautet v_c = π × d × n ÷ 1000 und beantwortet die Gegenfrage: Welche Schnittgeschwindigkeit erreicht meine Maschine, wenn sie nicht langsamer kann als 550 min⁻¹?

Der Faktor 1000 rechnet Millimeter in Meter um, mehr steckt nicht dahinter. Wichtig ist die Stellung der beiden Variablen: Die Schnittgeschwindigkeit steht im Zähler, der Durchmesser im Nenner. Verdoppelt sich der Durchmesser, halbiert sich die Drehzahl – und zwar exakt, nicht ungefähr. Das ist der Grund, warum eine Maschine, die einen 6-mm-Bohrer in Stahl souverän treibt, denselben Werkstoff bei 13 mm nicht mehr sauber bohrt: Der Sollwert ist auf die Hälfte gefallen, das Drehzahlband der Maschine aber nicht.

FLOTT setzt hinter die eigene Tabelle einen Satz, der zur Formel gehört: Es handele sich ausschließlich um eine Empfehlung. Bohrerzustand, Materialstärke und – bei Holz – Maserung, Feuchte, Astknoten, Härte, Harz und Alter bestimmen die Drehzahl mit. Die Rechnung liefert also keinen Punkt, sondern einen Ausgangswert, von dem aus nach unten korrigiert wird.

Die Schnittgeschwindigkeit steht im Werkstoff

Die einzige Größe der Formel, die sich nicht am Werkstück messen lässt, ist v_c. Sie ist eine Werkstoffeigenschaft und steht in den Tabellen der Werkzeughersteller. RUKO führt sie zusammen mit dem passenden Kühlschmierstoff in einer einzigen Übersicht – beide Spalten gehören zusammen, weil der zweite Wert den ersten überhaupt erst haltbar macht.

Zwei Eigenheiten der Tabelle werden regelmäßig übersehen. Erstens ist jede Zeile ein Band und kein Wert: Die untere Grenze gilt für den ungünstigen Fall – stumpfer Bohrer, tiefe Bohrung, Werkstück nur von Hand gehalten –, die obere für scharfes Werkzeug, geringe Bohrtiefe und sichere Spannung. Zweitens ist die Kühlspalte keine Empfehlung, sondern Bestandteil des Richtwerts: Wer Baustahl ohne Schneidspray bohrt, arbeitet nicht bei 30 m/min, sondern oberhalb dessen, was der Schneidstoff verträgt.

Auffällig ist außerdem die Spreizung: Zwischen sprödem Messing und zähem Gusseisen liegt in der Schnittgeschwindigkeit der Faktor zehn, und damit derselbe Faktor in der Drehzahl. Wer eine Bohrmaschine nach dem Drehzahlband aussucht, muss deshalb zuerst wissen, welche Zeilen dieser Tabelle er überhaupt braucht. Der Überblick zu Standbohrmaschinen ordnet die Bauformen entlang genau dieser Frage.

Drei Rechnungen, ausgeschrieben

Erstens, Ø 13 mm in unlegiertem Baustahl. RUKO setzt 30 bis 35 m/min an. Mit dem unteren Wert: n = 30 × 1000 ÷ (3,1416 × 13) = 30.000 ÷ 40,84 = 735 min⁻¹. Mit dem oberen Wert kommen 857 min⁻¹ heraus. Das Fenster lautet also 735 bis 857 min⁻¹, und die RUKO-Drehzahlmatrix bestätigt beide Werte in der Zeile Ø 13,0 mm.

Zweitens, Ø 10 mm in legiertem Baustahl über 700 N/mm². Die Werkstofftabelle gibt 20 bis 25 m/min. n = 20 × 1000 ÷ (3,1416 × 10) = 20.000 ÷ 31,42 = 637 min⁻¹, mit dem oberen Wert 796 min⁻¹. Das ist exakt das Rechenbeispiel, das FLOTT im eigenen Drehzahlrechner ausschreibt – 637 bis 796 Umdrehungen je Minute.

Drittens, Ø 13 mm in Gusseisen über 250 N/mm². Hier stehen 10 bis 20 m/min. Der Mittelwert von 15 m/min ergibt n = 15.000 ÷ 40,84 = 367 min⁻¹ – die Zahl, die in der RUKO-Matrix in derselben Zeile steht. Sie ist deshalb interessant, weil dieselbe Größenordnung auch in den Betriebsanleitungen mehrerer Maschinenhersteller auftaucht.

Die Rechnung funktioniert in beide Richtungen. Eine Maschine, die nicht unter 550 min⁻¹ kommt, erreicht bei Ø 13 mm eine Schnittgeschwindigkeit von v_c = 3,1416 × 13 × 550 ÷ 1000 = 22,5 m/min. Für legierten Baustahl liegt sie damit knapp innerhalb des Fensters, für Gusseisen über 250 N/mm² eine Klasse zu hoch. Diese Gegenprobe ist die nützlichere Rechnung, wenn die Maschine bereits in der Werkstatt steht.

Woher die 370 min⁻¹ aus der Betriebsanleitung kommen

Einhell und Scheppach drucken in ihren Betriebsanleitungen dieselbe Drehzahl-Richtwerttabelle nach Bohrerdurchmesser und Werkstoff. Für Ø 13 mm in Stahl nennen beide 370 min⁻¹, für Ø 13 mm in Grauguss 590 min⁻¹, ausdrücklich als Richtwerte. Diese Zahl wird gern als Grenzwert zitiert, an dem sich eine Maschine messen lassen müsse – und genau das ist sie nicht.

Rückwärts gerechnet entsprechen 370 min⁻¹ bei Ø 13 mm einer Schnittgeschwindigkeit von rund 15 m/min. Im RUKO-Raster liegt dieser Wert im Bereich von Gusseisen über 250 N/mm², nicht im Bereich von Baustahl. Für unlegierte Baustähle setzt RUKO 30 bis 35 m/min an, was auf 735 bis 857 min⁻¹ führt. Der Richtwert der Maschinenhersteller ist also nicht falsch, sondern rund halb so hoch wie der des Werkzeugherstellers: Er unterstellt einen härteren Werkstoff und eine Maschine mit begrenzter Steifigkeit.

Für die Gerätewahl heißt das: Die 370 min⁻¹ sind kein Wert, den eine Maschine unterschreiten muss, um 13 mm in Stahl zu bohren. Sie sind der vorsichtige Startpunkt. Von den fünf Geräten im Vergleich der Tischbohrmaschinen kommt nur die Bosch PBD 40 mit 200 min⁻¹ darunter; Scheppach mit 440 und Einhell mit 450 min⁻¹ liegen knapp darüber, Arebos mit 550 und Fartools mit 520 beziehungsweise 580 min⁻¹ deutlich. Für unlegierten Baustahl reicht das bei allen fünf – für Grauguss und für Edelstahl nicht mehr.

Edelstahl: die Zeile, an der es eng wird

Die Holzmann-Betriebsanleitung enthält eine Drehzahltabelle für einen 10-mm-HSS-Bohrer: Normalstahl 800, Hartstahl 600, Edelstahl 300 min⁻¹. Diese Angabe eines Maschinenherstellers wird von einem unabhängigen Fachverband bestätigt. Das Merkblatt 822 der Informationsstelle Edelstahl Rostfrei nennt in Tabelle 8 für austenitische Edelstähle bei Ø 9,5 mm 315 U/min und bei Ø 11,0 mm 280 U/min – der Holzmann-Wert für Ø 10 mm liegt exakt dazwischen.

Rechnet man diese Schnittgeschwindigkeit auf Ø 13 mm hoch, landet man bei ungefähr 230 min⁻¹. Von den Tischgeräten dieses Clusters kommt dort nur die Bosch PBD 40 mit 200 min⁻¹ hin. Bei den Säulenbohrmaschinen im Vergleich sieht es umgekehrt aus: Holzmann beginnt bei 50, Cormak bei 60, Bernardo bei 75, Güde bei 110 und Optimum bei 120 min⁻¹ – alle fünf bleiben deutlich unter dem Sollwert und haben Luft nach unten für größere Durchmesser.

Das Merkblatt nennt vier Randbedingungen, die selten mitzitiert werden. Erstens lassen sich Spiralbohrer aus Schnellarbeitsstahl durchaus verwenden, TiN-beschichtete Werkzeuge sind jedoch vorteilhafter. Zweitens sind Bohrer und Bohrloch gut zu kühlen, das Kühlmittel soll unter Druck zugeführt werden. Drittens muss bei kaltverfestigtem Material die Schnittgeschwindigkeit um weitere 20 bis 25 Prozent vermindert werden – aus 300 min⁻¹ werden dann rund 225 bis 240 min⁻¹. Viertens müssen die Maschinen verwindungssteif sein und Kraftreserven haben, eben wegen dieser Kaltverfestigung.

Die vollständige Drehzahlreihe des Merkblatts liest sich als gleichmäßige Kurve: 500 U/min bei Ø 6,0 mm, 400 bei Ø 8,0 mm, 315 bei Ø 9,5 mm, 280 bei Ø 11,0 mm, 250 bei Ø 12,5 mm und 200 U/min bei Ø 19,0 mm. Wer sie in die Umkehrformel einsetzt, erhält für jede Zeile fast denselben Wert – ein Beleg dafür, dass hier keine Faustregel steht, sondern eine Schnittgeschwindigkeit, die konsequent über den Durchmesser abgebildet wurde. Für die Gerätewahl folgt daraus eine unbequeme Konsequenz: Eine Maschine, die bei 440 oder 550 min⁻¹ aufhört, bohrt Edelstahl auch dann zu schnell, wenn sie es kraftmäßig schafft.

In Holz zählt die andere Grenze

Bei Metall ist die niedrigste Drehzahl der Engpass. In Holz kehrt sich das um. FISCH-Tools gibt für Forstnerbohrer nach DIN 7483G fünf Durchmesserklassen an: unter Ø 10 mm 2.400 U/min in Weichholz und 2.000 in Hartholz, unter Ø 16 mm 2.400 und 1.500, unter Ø 25 mm 1.800 und 1.000, unter Ø 35 mm 1.600 und 900, unter Ø 70 mm 1.000 und 500 U/min.

Für kleine Löcher in Holz ist die höchste Drehzahl der Maschine der Engpass, für große Forstnerbohrer in Hartholz wieder die niedrigste – dazwischen liegt bei einer Tischmaschine oft das gesamte verfügbare Band.

Beide Enden dieser Tabelle sind an realen Geräten spürbar. Die 2.400 U/min für kleine Durchmesser in Weichholz erreichen die Tischgeräte mit 2.500 bis 2.650 min⁻¹ knapp; eine Säulenbohrmaschine wie die Optimum DQ 32 mit 1.810 min⁻¹ Höchstdrehzahl erreicht sie nicht mehr. Am anderen Ende stehen die 500 U/min für Forstnerbohrer unter Ø 70 mm in Hartholz – die liegen unter dem Minimum von Arebos mit 550 und Fartools mit 580 min⁻¹ und knapp über dem von Scheppach mit 440 und Einhell mit 450 min⁻¹.

Wer also überwiegend Holz bearbeitet und dabei große Sacklöcher setzt, braucht ein anderes Drehzahlband als jemand, der 13 mm in Baustahl bohrt – und beide Anforderungen schließen sich bei fünf festen Riemenstufen fast aus. Genau deshalb ist das Drehzahlband der entscheidende Kennwert dieser Gerätegattung und nicht die ausgewiesene Bohrleistung in Stahl.

Von der gerechneten Zahl zur einstellbaren Stufe

Die Formel liefert eine Zahl, die Maschine bietet eine Liste. Der Weg dazwischen ist kurz, aber er hat eine Entscheidungsstelle, an der die meisten Anleitungen schweigen.

1. Werkstoff in der v_c-Tabelle aufsuchen und beide Grenzen notieren, nicht nur einen Mittelwert. Bei Edelstahl stattdessen direkt die Drehzahlreihe aus Tabelle 8 des Merkblatts 822 verwenden.
2. Bohrerdurchmesser in Millimetern nehmen – den Nenndurchmesser, nicht den Schaft.
3. Formel zweimal rechnen, mit der unteren und mit der oberen Schnittgeschwindigkeit. Das Ergebnis ist ein Drehzahlfenster, kein Punkt.
4. Die Stufenliste der Maschine daneben legen. Fällt eine Stufe in das Fenster, ist die Entscheidung getroffen.
5. Fällt keine hinein: die nächstniedrigere Stufe wählen. Eine zu niedrige Drehzahl kostet Zeit, eine zu hohe kostet den Bohrer – Hartner führt Anlauffarben an der Bohrerspitze ausdrücklich auf zu hohe Schnittgeschwindigkeit zurück.
6. In Holz gilt die Ausnahme: Dort ist der Tabellenwert zugleich Sollwert für die Spanabnahme und Bedingung für einen sauberen Austritt. Hier wird auf die nächstgelegene Stufe gerundet, nicht grundsätzlich nach unten.
7. Vorschub je Umdrehung aus der Durchmesserreihe ablesen und die Kühlung nach Werkstoffzeile bereitlegen, bevor die Maschine läuft.

Zwei Beispiele machen Schritt fünf konkret. Eine Maschine mit den Stufen 550, 950, 1.450, 1.950 und 2.500 min⁻¹ soll Ø 13 mm in unlegiertem Baustahl bohren. Das Fenster lautet 735 bis 857 min⁻¹, keine Stufe liegt darin. 550 min⁻¹ ergeben 22,5 m/min, 950 min⁻¹ ergeben 38,8 m/min – der obere Wert liegt über der Tabellenzeile, der untere darunter. Gewählt wird 550. Zweites Beispiel, Riemenstufen 580, 900, 1.370, 1.880 und 2.650 min⁻¹ für Ø 10 mm in legiertem Baustahl: Das Fenster liegt bei 637 bis 796 min⁻¹, 580 min⁻¹ ergeben 18,2 m/min, 900 min⁻¹ dagegen 28,3 m/min. Auch hier gewinnt die untere Stufe.

Der Vorschub je Umdrehung gehört dazu

Eine richtig gewählte Drehzahl mit falschem Vorschub ist keine richtig gewählte Drehzahl. Hartner führt im Technischen Handbuch Vorschubreihen nach Bohrerdurchmesser: Ø 6,30 mm entspricht 0,125 mm je Umdrehung, Ø 8,00 mm 0,160 mm, Ø 10,00 mm 0,200 mm und Ø 12,50 mm ebenfalls 0,200 mm. Für austenitische Edelstähle nennt das Merkblatt 822 in derselben Tabelle wie die Drehzahlen eigene Werte: 0,125 mm je Umdrehung bei Ø 6,0 mm, 0,14 bei Ø 8,0 mm, 0,16 bei Ø 9,5 mm, 0,18 bei Ø 11,0 und Ø 12,5 mm sowie 0,22 mm bei Ø 19,0 mm.

Aus Drehzahl und Vorschub je Umdrehung ergibt sich die Vorschubgeschwindigkeit, und die ist die Zahl, die man an der Handkurbel spürt. Ø 13 mm in Baustahl bei 735 min⁻¹ und 0,200 mm je Umdrehung bedeutet rund 147 mm je Minute – eine 10 mm dicke Platte ist in gut vier Sekunden durchbohrt. Ø 11 mm in Edelstahl bei 280 min⁻¹ und 0,18 mm je Umdrehung ergibt dagegen rund 50 mm je Minute. Der Unterschied im Handgefühl ist erheblich, und er ist gewollt.

Der Fehler geht in beide Richtungen und lässt sich am Werkzeug ablesen. Hartner beschreibt die verformte Querschneide als Kennzeichen eines zu hohen Vorschubs. Zu wenig Vorschub ist genauso schädlich: Der Bohrer schneidet dann nicht mehr, sondern reibt, die Reibungswärme steigt, und die Standzeit fällt aus demselben Grund wie bei zu hoher Drehzahl.

Was zu schnell gebohrt im Betrieb kostet

Der Verbrauchsposten einer Bohrmaschine ist nicht der Strom, sondern das Werkzeug. Gühring beschreibt im Zerspanungs-Wiki, warum: Die Härte von HSS liegt bei Raumtemperatur zwischen 800 und 900 HV, die Warmhärte erreicht bis zu 600 Grad. Oberhalb dieser Temperatur verliert der Schneidstoff seine Härte – bei gewöhnlichem Werkzeugstahl passiert das bereits ab etwa 200 Grad. Die Wärme, die eine zu hohe Schnittgeschwindigkeit erzeugt, verbraucht damit unmittelbar die Reserve des Schneidstoffs.

Praktisch heißt das: Wer eine Stufe zu hoch fährt, tauscht Bohrzeit gegen Standzeit, und das Tauschverhältnis ist ungünstig. Die einzelne Bohrung wird um Sekunden schneller, der Bohrer verliert dafür Nachschliffe. Dazu kommt der laufende Aufwand, den die Tabellen ausdrücklich einplanen: Schneidspray für Stähle und Aluminium, Druckluft für Guss und Messing, Wasser für Thermoplaste. Für Edelstahl verlangt das Merkblatt 822 Kühlung unter Druck – eine Ölkanne von Hand reicht dort nicht.

Der dritte Posten ist die Maschine selbst. Bei Riemenantrieb ist der Keilriemen ein Verschleißteil, das regelmäßig geprüft werden will; Fartools führt das in der eigenen Wartungsübersicht ausdrücklich auf. Wer die Drehzahl konsequent nach Tabelle wählt, öffnet die Riemenhaube häufiger und legt öfter um – das ist Aufwand, aber der geringere von beiden.

Was die Maschine überhaupt hergibt

Die gerechnete Drehzahl nützt nur, wenn die Maschine sie stellen kann. Vier Bauarten der Drehzahlverstellung stehen im Cluster nebeneinander, und sie verhalten sich unterschiedlich. Die klassische Riemenumlegung liefert fünf feste Stufen, etwa 550, 950, 1.450, 1.950 und 2.500 min⁻¹; jede Änderung verlangt das Öffnen der Riemenhaube. Eine elektronische Regelung stellt dagegen jede Zwischendrehzahl: Scheppach gibt 440 bis 2.580 min⁻¹ stufenlos an, Einhell 450 bis 2.500 min⁻¹, jeweils bei konstanter Motordrehzahl im Hintergrund.

Die dritte Bauart kombiniert beides. Die Bosch PBD 40 fährt zwei Gänge mit je stufenloser Regelung, 200 bis 850 min⁻¹ im ersten und 600 bis 2.500 min⁻¹ im zweiten – daher der niedrigste Startwert unter den Tischgeräten. Bei den bodenstehenden Maschinen kommt die vierte hinzu: geschliffene Zahnradgetriebe mit zwölf schaltbaren Drehzahlen von 75 bis 3.200 min⁻¹ oder 24 Drehzahlen von 60 bis 3.480 min⁻¹, dazu Frequenzumrichter, die den Bereich ab 50 min⁻¹ stufenlos aufspannen.

Ein eigener Fall sind Kernbohrmaschinen. RUKO und ALFRA regeln dort ab 100 min⁻¹, FEIN gibt 450 min⁻¹ unter Last an, Evolution 450 min⁻¹ im Leerlauf. Weil ein Kernbohrer bis 42 mm Durchmesser misst, wiegt der Unterschied schwerer, als er aussieht: 100 min⁻¹ entsprechen bei Ø 42 mm rund 13 m/min, 450 min⁻¹ dagegen rund 59 m/min. Für einen HSS-Spiralbohrer in Stahl wäre der zweite Wert weit außerhalb jeder Richtwerttabelle; Kernbohrer arbeiten mit anderen Schneidstoffen, für die sich an ortsfesten Maschinen keine belastbare Tabelle belegen lässt. Festhalten lässt sich nur, dass die Anfangsdrehzahl bei dieser Bauform der engste Punkt ist, sobald große Durchmesser gefragt sind. Welche Bauform welchen Bereich abdeckt, zeigt der Vergleich der Magnetbohrmaschinen für den Stahlbau.

Wo die Rechnung endet

Drei Dinge kann die Formel nicht leisten. Sie sollten benannt werden, statt sie mit Zahlen zu überdecken.

Erstens der Schneidstoff. Alle Tabellen dieses Ratgebers gelten für Spiralbohrer aus Schnellarbeitsstahl. Für Hartmetall nennt Hartner eine Mindestschnittgeschwindigkeit von 70 m/min in Stahl – bei Ø 13 mm sind das rund 1.715 min⁻¹, also gut das Doppelte des HSS-Werts. Hartmetall braucht mehr Drehzahl, nicht weniger. Eine vollständige Schnittwerttabelle für Hartmetall an ortsfesten Bohrmaschinen ist in den geprüften Herstellerquellen dagegen nicht zu finden: Die veröffentlichten Tabellen beziehen sich auf CNC-Bedingungen mit Innenkühlung ab 40 bar und auf Drehzahlen, die eine Tischbohrmaschine gar nicht liefert.

Zweitens der Zustand des Werkzeugs. FLOTT weist ausdrücklich darauf hin, dass Bohrerzustand und Materialstärke die Drehzahl mitbestimmen. Ein nachgeschliffener Bohrer mit ungleich langen Schneiden verträgt die Tabellenwerte nicht.

Drittens die Steifigkeit von Maschine und Aufspannung. Das Merkblatt 822 verlangt für Edelstahl verwindungssteife Maschinen mit Kraftreserven und empfiehlt, nur etwa 75 Prozent der angegebenen Leistung auszunutzen. Ob eine Bohrung überhaupt rund wird, hängt zusätzlich an der Aufnahme des Werkzeugs – dazu ordnet der Ratgeber zu Bohrfutter und Spindelaufnahme die Bauarten und ihre Rundlaufabweichung ein.

Symptom, Ursache, Lösung

Die meisten Beschwerden über eine Bohrmaschine beschreiben keinen Gerätedefekt, sondern eine Abweichung zwischen gerechneter und eingestellter Drehzahl oder einen unpassenden Vorschub. Die folgende Zuordnung führt die typischen Beobachtungen auf Ursachen zurück, die sich aus den ausgewerteten Herstellerunterlagen ableiten lassen. Sie ersetzt keine Fehlersuche an der Maschine, sortiert aber die Reihenfolge: Erst Drehzahl und Vorschub prüfen, dann das Werkzeug, dann die Aufspannung – und erst zuletzt das Gerät verdächtigen.

Drei dieser sechs Zeilen enden bei derselben Korrektur, nämlich einer Stufe weniger. Das ist kein Zufall: Von den beiden Größen, die der Bediener frei wählt, wirkt die Drehzahl über die Temperatur direkt auf den Schneidstoff, während der Vorschub zunächst nur die Spanform verändert. Deshalb lohnt es, bei einem unklaren Befund zuerst die Drehzahl gegen die Werkstoffzeile zu prüfen und erst danach den Vorschub.

Auffällig ist außerdem, wie oft dieselben zwei Ursachen auftauchen: eine Drehzahl über dem Tabellenwert und ein Vorschub, der nicht zum Durchmesser passt. Beides lässt sich ohne Werkzeugwechsel korrigieren. Ob dafür überhaupt eine ortsfeste Maschine nötig ist oder ein Ständer für die Handbohrmaschine genügt, ist eine davon unabhängige Frage – sie hängt an Rundlauf und Steifigkeit und wird im Vergleich Bohrständer oder Standbohrmaschine entschieden.