Welche Toleranzen sind in der Blechbearbeitung erreichbar?

Der Laserstrahl selbst ist außerordentlich präzise. Die erreichbare Bauteiltoleranz wird jedoch von drei weiteren Faktoren begrenzt: der Positioniergenauigkeit der Maschine, dem thermischen Verzug des Blechs und der Kantenneigung, die mit der Materialstärke zunimmt.

Die Kantenneigung entsteht, weil der Strahl einen Fokus hat: Oberhalb und unterhalb der Fokusebene ist er breiter. Bei 1 mm Blech ist der Unterschied zwischen Ober- und Unterkante vernachlässigbar. Bei 20 mm wirkt der Strahl über eine lange Strecke, und die Schnittfläche weicht messbar von der Senkrechten ab. Die Bewertung dieser Abweichung regelt DIN EN ISO 9013 über die Rechtwinkligkeits- und Neigungstoleranz u.

Der zweite Effekt ist der thermische Verzug. Filigrane Teile mit vielen dicht beieinanderliegenden Ausschnitten nehmen Wärme auf und geben sie schlecht ab. Ein dünner Steg zwischen zwei großen Ausschnitten kann sich während des Schneidens verziehen. Bei solchen Geometrien hilft eine angepasste Schneidreihenfolge — die aber die Bearbeitungszeit verlängert.

Zwei Punkte werden in Zeichnungen regelmäßig übersehen. Erstens die Einstechstelle: Vor jedem Innenschnitt durchsticht der Laser das Blech, was eine etwas gröbere Stelle hinterlässt. Zweitens die Anbindung (Mikrosteg), mit der kleine Teile im Restgitter gehalten werden — sie hinterlässt nach dem Ausbrechen einen kleinen Ansatz, der bei Sichtkanten stört. Beides lässt sich bei der Programmierung an unkritische Stellen legen, wenn die Zeichnung sagt, welche Kanten sichtbar sind.

Jede Zeichnung braucht eine Aussage darüber, was für Maße ohne eingetragene Toleranz gilt. Diese Aufgabe erfüllt DIN ISO 2768-1 für Längen- und Winkelmaße. Sie kennt vier Toleranzklassen: f (fein), m (mittel), c (grob) und v (sehr grob). Für die Blechbearbeitung ist Klasse m der verbreitete Standard.

DIN ISO 2768-2 ergänzt Form- und Lagetoleranzen in den Klassen H, K und L. Für Blechteile sind vor allem Ebenheit und Rechtwinkligkeit relevant:

Die vollständige Angabe im Schriftfeld lautet dann zum Beispiel „Allgemeintoleranzen DIN ISO 2768-mK“ — m für Längen- und Winkelmaße, K für Form und Lage. Fehlt diese Angabe, muss der Fertiger annehmen — und Annahmen sind die häufigste Ursache für Reklamationen, bei denen beide Seiten recht haben.

Beim Abkanten wird das Blech über die Elastizitätsgrenze hinaus verformt. Ein Teil der Verformung bleibt plastisch, ein Teil federt elastisch zurück. Diese Rückfederung ist kein Fehler, sondern eine Werkstoffeigenschaft, die durch Überbiegen kompensiert wird: Für 90° wird beispielsweise auf 87° gebogen, damit das Teil auf 90° zurückfedert.

Die Größe der Rückfederung hängt vom Verhältnis von Streckgrenze zu Elastizitätsmodul, vom Verhältnis Biegeradius zu Materialstärke (r/t) und von der Walzrichtung ab. Je höher die Festigkeit und je größer r/t, desto stärker die Rückfederung.

Praktisch relevant ist die Chargenschwankung. Zwei Bleche derselben Bezeichnung aus zwei Lieferungen können unterschiedliche Streckgrenzen haben — beide innerhalb der Norm, aber mit merklich unterschiedlichem Rückfederungsverhalten. Deshalb wird bei engen Winkeltoleranzen das erste Teil jeder Charge eingemessen und das Programm nachkorrigiert. Moderne Abkantpressen führen diese Korrektur teilweise im Prozess über Winkelmessung durch.

Der Innenradius eines abgekanteten Blechs ist keine frei wählbare Größe. Beim Freibiegen — dem üblichen Verfahren — ergibt er sich aus der Gesenkweite V des Untergesenks. Als Faustregel gilt für Stahl: Innenradius ≈ 0,16 × Gesenkweite. Die Mindestschenkellänge folgt aus der halben Gesenkweite zuzüglich der Materialstärke, weil das Blech sonst nicht mehr sicher auf beiden Gesenkkanten aufliegt.

Der Mindestbiegeradius ist die untere Grenze, ab der das Material an der Außenseite reißt. Er hängt vom Werkstoff und von der Walzrichtung ab: Quer zur Walzrichtung gebogen, verträgt Blech deutlich kleinere Radien als längs.

Längs zur Walzrichtung sollte der Radius etwa um den Faktor 1,5 bis 2 vergrößert werden. Bei großformatigen Zuschnitten mit Biegungen in beiden Richtungen ist das konstruktiv zu berücksichtigen.

Für die Abwicklungslänge gilt: Sie ist kürzer als die Summe der Außenmaße, weil die neutrale Faser innerhalb des Bogens verläuft. Bei 90° und r = t liegt der Biegeabzug in der Größenordnung von 1,7 bis 1,9 × Materialstärke. Der zugehörige K-Faktor bewegt sich üblicherweise zwischen 0,33 und 0,45. Wer die Abwicklung selbst erzeugt, sollte den zugrunde gelegten Radius und K-Faktor angeben — sonst weichen die Fertigmaße systematisch ab.

Welche Materialstärken sich überhaupt abkanten lassen

Ausschnitte in der Nähe einer Biegekante verformen sich mit. Eine runde Bohrung wird oval, ein Langloch verzieht sich, eine Gewindebohrung verliert ihre Passung. Die folgenden Mindestabstände verhindern das (t = Materialstärke, r = Innenradius):

Der Entlastungsschnitt (auch Freischnitt) verdient eine Erklärung: Endet eine Biegung nicht an der Blechkante, sondern mitten in der Fläche, reißt der Werkstoff am Übergang. Ein schmaler Schnitt am Ende der Biegelinie unterbricht den Kraftfluss und verhindert den Riss. Er kostet in der Fertigung nichts, weil er beim Laser mitgeschnitten wird — muss aber in der Konstruktion vorgesehen sein.

Ein zweiter, oft unterschätzter Punkt ist die Toleranzkette. Jede Biegung bringt ihre eigene Winkel- und Positionsabweichung mit. Bei vier aufeinanderfolgenden Biegungen addieren sich diese Abweichungen im ungünstigsten Fall. Ein U-Profil mit zwei Biegungen ist deshalb maßhaltiger als ein Kastenprofil mit vier.

Die folgenden Punkte reduzieren Kosten und Ausschuss, ohne die Funktion des Bauteils zu verändern.

Tolerieren Sie nur, was Funktion hat. Eine Zeichnung, in der jedes Maß mit ±0,1 mm versehen ist, macht das Bauteil teuer, ohne es besser zu machen. Definieren Sie die zwei oder drei funktionsrelevanten Maße eng und lassen Sie für den Rest die Allgemeintoleranz gelten.

Bemaßen Sie von einer Bezugskante, nicht in Kette. Kettenbemaßung addiert Toleranzen. Bezugsbemaßung von einer definierten Kante aus hält jedes Maß auf seiner eigenen Toleranz.

Legen Sie einen einheitlichen Innenradius fest. Ein Bauteil mit drei verschiedenen Biegeradien braucht drei Werkzeugwechsel. Ein einheitlicher Radius über alle Biegungen ist meist ohne Funktionsverlust möglich.

Verwenden Sie handelsübliche Materialstärken. Zwischenmaße bedeuten Sonderbestellung, Aufpreis und Lieferzeit.

Vermeiden Sie Biegungen direkt neben Schweißnähten. Der wärmebeeinflusste Bereich verhält sich beim Biegen anders als das Grundmaterial.

Kennzeichnen Sie Sichtseiten. Anbindungen, Einstechstellen und Werkzeugmarkierungen lassen sich auf die Rückseite legen — aber nur, wenn bekannt ist, welche Seite die Rückseite ist.

Geben Sie den Kantenzustand an. „Gelasert“ heißt nicht automatisch „entgratet“. Formulierungen wie „Kanten gratfrei, gebrochen 0,3 × 45°“ sind eindeutig und kalkulierbar.

Denken Sie an die Reihenfolge. Wird nach dem Biegen geschweißt, verändert die Schweißwärme die Geometrie. Prüfmaße sollten sich auf den Zustand nach dem letzten wärmeeinbringenden Arbeitsgang beziehen.

Wir fertigen mit einer Genauigkeit von ±0,1 mm. Unsere Abkantpressen der Reihen TruBend 7036, 1100 und V200 sowie eine RAS-Schwenkbiegemaschine verarbeiten Materialstärken bis 10 mm bei Längen bis 4.000 mm. Weil Laserzuschnitt und Abkanten bei uns im selben Haus stattfinden, lässt sich die Abwicklung auf das tatsächlich eingesetzte Biegewerkzeug abstimmen — das ist die häufigste Ursache dafür, dass Fertigmaße abweichen, wenn Zuschnitt und Umformung bei zwei Betrieben liegen. Sagen Sie uns, welche zwei oder drei Maße funktionsrelevant sind; wir richten die Prozessfolge danach aus.

• Abkanten im Detail
• Materialstärken je Anlage