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Dieses Quiz als Battle spielen: Deutsch, Klasse 5-6, G-Niveau

Grundlagen des Umformens von Blechen und Profilen - Schmied

Einleitung

Das Umformen gehört zu den grundlegenden Fertigungsverfahren der Metalltechnik. Dabei wird die Form eines festen Werkstücks dauerhaft verändert, ohne dass dabei wie beim Spanen gezielt Werkstoff abgetragen oder wie beim Gießen ein flüssiger Werkstoff in eine Form gefüllt wird. Für Schmiedinnen und Schmiede ist das Umformen alltägliche Praxis: Neben der Massivumformung glühender oder kalter Werkstücke müssen häufig auch Bleche, Flachmaterial, Stäbe, Rohre und offene oder geschlossene Profile gebogen, gerichtet, gerundet, gestaucht oder gestreckt werden.

Dieser Lernkurs richtet sich an Auszubildende in metalltechnischen und schmiedebezogenen Berufen. Du lernst, wie sich Bleche und Profile beim Umformen verhalten, wie Du geeignete Verfahren, Werkzeuge und Maschinen auswählst und wie Du Maßhaltigkeit, Oberflächengüte und Arbeitssicherheit sicherstellst. Im Mittelpunkt stehen das Biegeumformen, das Gesenkbiegen, das Schwenkbiegen, das Walzbiegen, das Profilbiegen sowie handwerkliche Techniken wie Treiben, Strecken, Stauchen und Richten. Die Einordnung orientiert sich an der in der Fertigungstechnik üblichen Systematik der Umformverfahren.^[1]

Beim Schmieden und beim Blechumformen wirken zwar oft ähnliche Grundmechanismen der plastischen Formänderung, dennoch bestehen wichtige Unterschiede: Beim klassischen Freiformschmieden wird meist ein massives Werkstück durch Druck und Schläge geformt. Bei der Blechumformung ist die Werkstückdicke im Verhältnis zu Länge und Breite klein. Deshalb reagieren Bleche besonders empfindlich auf Knicken, Falten, Risse, Oberflächenbeschädigungen und Rückfederung. Profile besitzen bereits einen festgelegten Querschnitt. Beim Profilbiegen muss dieser Querschnitt möglichst erhalten bleiben, damit keine unerwünschten Einbeulungen, Verdrehungen oder Querschnittsverformungen entstehen.

Lernziele

Nach der Bearbeitung dieses aiMOOCs kannst Du den Begriff Umformen fachgerecht erklären, Blech- und Profilumformung von Massivumformung unterscheiden und typische Biegeverfahren benennen. Du kannst die Wirkung von Zug-, Druck- und Biegespannungen beschreiben, die Bedeutung von neutraler Faser, Innenradius, Biegewinkel, Rückfederung und Biegezugabe erläutern sowie einen einfachen Arbeitsablauf planen. Außerdem kannst Du geeignete Werkzeuge auswählen, typische Fehlerbilder beurteilen und wesentliche Schutzmaßnahmen an Handwerkzeugen, Biegemaschinen und Pressen anwenden.

Fachliche Grundlagen

Umformen als Fertigungsverfahren

Beim Umformen überschreiten die im Werkstück erzeugten Spannungen die Streckgrenze des Werkstoffs. Der Werkstoff verformt sich dadurch plastisch und behält nach dem Entlasten im Wesentlichen seine neue Form. Ein kleiner Anteil der Verformung bleibt jedoch elastisch. Dieser elastische Anteil verursacht beim Biegen die Rückfederung. Wird die Streckgrenze nicht erreicht, federt das Werkstück vollständig in seine Ausgangsform zurück.

In der Fertigungstechnik werden Umformverfahren unter anderem nach der vorherrschenden Beanspruchung gegliedert. Dazu zählen Druckumformen, Zugdruckumformen, Zugumformen, Biegeumformen und Schubumformen. Für Bleche und Profile ist besonders das Biegeumformen wichtig. Dabei wirken in der Umformzone vorwiegend Biegespannungen.^[2]

Fachbegriff	Bedeutung für die Praxis
Blechumformung	Umformen eines Werkstücks, dessen Dicke deutlich kleiner als Länge und Breite ist
Profilumformung	Umformen von Werkstücken mit gleichbleibendem oder gezielt verändertem Querschnitt, zum Beispiel Winkel-, U-, T-, Rund- oder Rechteckrohrprofile
Massivumformung	Umformen kompakter Rohteile, deren Abmessungen in den drei Raumrichtungen vergleichbarer sind
Kaltumformung	Umformen unterhalb der Rekristallisationstemperatur; häufig maßgenau, aber mit Kaltverfestigung
Warmumformung	Umformen oberhalb der Rekristallisationstemperatur; geringere Umformkräfte und größeres Umformvermögen, jedoch stärkere Zunderbildung und geringere Maßgenauigkeit

Für die Werkstatt ist entscheidend, dass „kalt“ und „warm“ fachlich nicht einfach die gefühlte Temperatur bezeichnen. Maßgeblich ist die Temperatur im Verhältnis zur Rekristallisationstemperatur des jeweiligen Werkstoffs. Ein Stahlblech wird in der Regel bei Raumtemperatur kalt gebogen. Ein massives Stahlprofil kann für enge Radien oder große Querschnitte lokal oder vollständig erwärmt werden, wenn der betriebliche Arbeitsplan dies vorsieht.

Werkstoffverhalten beim Biegen

Beim Biegen wird die Außenseite des Werkstücks gedehnt und steht unter Zugbeanspruchung. Die Innenseite wird gestaucht und steht unter Druckbeanspruchung. Zwischen beiden Bereichen liegt eine Schicht, deren Länge sich näherungsweise nicht verändert. Sie wird neutrale Faser oder neutrale Schicht genannt. Ihre Lage befindet sich beim plastischen Biegen meist nicht genau in der geometrischen Mitte der Blechdicke.

Je kleiner der Innenbiegeradius im Verhältnis zur Werkstückdicke ist, desto stärker werden die Randfasern beansprucht. Ein zu kleiner Radius kann außen zu Anrissen oder Rissen führen. Auf der Innenseite können Falten oder Druckstellen entstehen. Zulässige Mindestbiegeradien hängen unter anderem vom Werkstoff, Werkstoffzustand, der Blechdicke, der Walzrichtung, der Kantenqualität und dem gewählten Verfahren ab. Deshalb sind Zeichnung, Werkstoffdaten, Biegetabellen, Werkzeugvorgaben und betriebliche Erfahrungswerte zu beachten.

Bei gewalzten Blechen kann die Orientierung der Biegelinie zur Walzrichtung das Umformverhalten beeinflussen. Besonders bei begrenzter Duktilität ist eine Biegung quer zur Walzrichtung häufig günstiger als parallel dazu. Diese Aussage ist jedoch keine universelle Freigabe: Maßgebend bleiben die konkrete Werkstoffspezifikation, der Lieferzustand und die betrieblich erprobten Werte.

Elastizität, Plastizität und Rückfederung

Nach dem Entfernen der Umformkraft geht der elastische Anteil der Verformung zurück. Der hergestellte Winkel öffnet sich dadurch meist etwas und der Radius kann sich vergrößern. Dieses Verhalten heißt Rückfederung. Sie hängt unter anderem von Werkstofffestigkeit, Elastizitätsmodul, Blechdicke, Biegeradius, Werkzeuggeometrie und Biegeverfahren ab.

In der Praxis wird Rückfederung durch kontrolliertes Überbiegen, geeignete Werkzeugwahl, Kalibrieren, Prägen oder durch aktive Winkelmesssysteme ausgeglichen. Eine pauschale Überbiegezugabe ist nicht fachgerecht, weil bereits kleine Änderungen der Materialcharge oder des Werkzeugzustands das Ergebnis beeinflussen können. Deshalb wird nach dem ersten Probebiegeteil gemessen und die Einstellung gegebenenfalls korrigiert.

Biegewinkel, Biegeradius und Schenkellänge

Der Biegewinkel beschreibt die Winkeländerung durch den Biegevorgang. In Zeichnungen kann zusätzlich der verbleibende Innen- oder Öffnungswinkel angegeben sein. Diese Größen dürfen nicht verwechselt werden. Der Innenbiegeradius ist der Radius an der Innenseite der Biegung. Die Schenkellänge bezeichnet die Länge eines geraden Abschnitts neben der Biegezone.

Vor dem Fertigen musst Du prüfen, ob die Bemaßung eindeutig ist. Bei einem Kantteil sind insbesondere Werkstoff, Blechdicke, Innenradius, Winkel, Toleranzen, Schenkellängen, Oberflächenanforderungen und gegebenenfalls die Richtung sichtbarer Flächen wichtig. Bei Profilen kommen Querschnittsform, Nahtlage, Biegeebene und zulässige Querschnittsverformung hinzu.

Planung der Blechabwicklung

Warum die gestreckte Länge nicht einfach addiert wird

Beim Biegen werden Außenfasern verlängert und Innenfasern verkürzt. Deshalb entspricht die Zuschnittslänge nicht einfach der Summe der späteren Außenmaße. Für eine maßhaltige Blechabwicklung müssen die Biegezonen berücksichtigt werden. In der Praxis werden dafür Biegezugaben, Biegeverkürzungen, Tabellenwerte, Probebiegungen oder CAD-Systeme verwendet.^[3]

Die Biegezugabe ist die Bogenlänge entlang der neutralen Faser in der Biegezone. Eine gebräuchliche Näherungsformel lautet:

B A = \frac{π}{18 0^{\circ}} \cdot α \cdot (r_{i} + K \cdot s)

Dabei ist $B A$ die Biegezugabe, $α$ der Biegewinkel in Grad, $r_{i}$ der Innenradius, $s$ die Blechdicke und $K$ ein Faktor für die Lage der neutralen Faser.^[4]

Beispiel: Für eine 90-Grad-Biegung mit 2 mm Innenradius, 2 mm Blechdicke und einem angenommenen K-Faktor von 0,40 ergibt sich näherungsweise:

B A = \frac{π}{18 0^{\circ}} \cdot 9 0^{\circ} \cdot (2 mm + 0,40 \cdot 2 mm) \approx 4,40 mm

Der angenommene K-Faktor ist nur ein Rechenbeispiel. Für die Fertigung verwendest Du freigegebene Tabellen, das eingesetzte CAD-System oder durch Probebiegungen ermittelte Werte. Besonders bei engen Toleranzen ist ein Probestreifen aus derselben Materialcharge sinnvoll.

Anreißen und Bezugskanten

Vor dem manuellen Biegen werden Werkstücke häufig angerissen. Eine saubere Bezugskante, eindeutige Biegelinien und gut erkennbare Markierungen helfen, Verwechslungen zu vermeiden. Tiefe Reißlinien können bei empfindlichen oder hoch beanspruchten Werkstoffen als Kerben wirken. Deshalb darf die Kennzeichnung die Oberfläche und Bauteilfestigkeit nicht unzulässig beeinträchtigen. Je nach Werkstoff und Oberflächenanforderung werden geeignete Markierstifte, feine Reißwerkzeuge oder digitale Anschläge verwendet.

Beim Einrichten einer Biegemaschine ist die Werkstückkante am Anschlag auszurichten. Bei CNC-Abkantpressen übernehmen Hinteranschläge die wiederholgenaue Positionierung. Trotzdem muss die Bedienperson prüfen, ob das Werkstück richtig orientiert ist, ob die vorgesehene Biegereihenfolge eingehalten wird und ob bereits gebogene Schenkel mit Maschine, Werkzeug oder Anschlag kollidieren können.

Verfahren zum Umformen von Blechen

Freies Biegen und Gesenkbiegen

Beim Gesenkbiegen liegt das Blech auf einer Matrize, meist mit V-förmiger Öffnung. Ein Stempel bewegt sich nach unten und biegt das Blech. Beim freien Biegen oder Luftbiegen berührt das Blech die Matrize im Wesentlichen an zwei Kanten und den Stempel an einem weiteren Punkt. Der Winkel wird vor allem durch die Eindringtiefe des Stempels bestimmt. Beim Bodenbiegen liegt das Blech stärker an der Werkzeugkontur an. Beim Prägen wird mit hoher Kraft eine sehr starke plastische Formänderung in der Biegezone erzeugt. Diese Verfahrensvarianten unterscheiden sich deutlich hinsichtlich Kraftbedarf, Flexibilität, Genauigkeit und Rückfederung.^[5]

Die wichtigsten Werkzeugbestandteile sind der Stempel als Oberwerkzeug und die Matrize als Unterwerkzeug. Für die Auswahl sind unter anderem Blechdicke, Werkstofffestigkeit, gewünschter Radius, Biegelänge und Maschinenkraft entscheidend. Ein falsches Werkzeug kann das Werkstück beschädigen, die Maschine überlasten oder zu gefährlichen Werkzeugbrüchen führen. Werkzeug- und Maschinenvorgaben sind deshalb verbindlich.

Schwenkbiegen

Beim Schwenkbiegen wird das Blech zwischen Ober- und Unterwange geklemmt. Eine Biegewange schwenkt und formt den überstehenden Teil des Blechs. Das Verfahren eignet sich besonders für lange, gerade Biegungen an Blechkanten, für Kästen, Abdeckungen, Falze und verschiedene Profilformen. Da das Blech während des Biegens geklemmt ist, kann es bei geeigneter Einstellung kontrolliert geführt werden.

Handbetriebene Abkantbänke werden häufig für dünnere Bleche eingesetzt. Motorische Schwenkbiegemaschinen und Biegezentren ermöglichen wiederholgenaue Abläufe. Vor dem Biegen muss geprüft werden, ob Oberwange, Biegewange und Anschlag korrekt eingestellt sind. Bei zu geringer Spannkraft kann das Blech verrutschen; bei zu großer oder falsch eingestellter Kraft können Druckstellen entstehen.

Walzbiegen und Rundwalzen

Beim Walzbiegen wird das Werkstück zwischen Walzen geführt. Beim Walzrunden entstehen zylindrische oder kegelförmige Blechkörper. Der Radius wird über die Stellung der Walzen und mehrere Durchläufe eingestellt. Bei Dreiwalzen-Rundbiegemaschinen ist das Vorbiegen der geraden Endbereiche besonders wichtig, weil sonst an den Blechenden flache Zonen verbleiben.

Ein gleichmäßiger Vorschub und schrittweise Zustellung verringern das Risiko von Knicken und ungleichmäßigen Radien. Bei konischen Bauteilen müssen die Walzen beziehungsweise der Werkstückvorschub entsprechend eingestellt werden. Nach jedem Durchlauf wird der Radius mit Schablone, Maßband, Radiuslehre oder einer geeigneten Messvorrichtung geprüft.

Walzprofilieren

Beim Walzprofilieren wird ein ebenes Blechband in mehreren hintereinander angeordneten Walzenpaaren schrittweise zu einem Profilquerschnitt gebogen. Typische Erzeugnisse sind U-, C-, Hut- und Sonderprofile. Die stufenweise Formänderung reduziert lokale Überbeanspruchungen und ermöglicht eine kontinuierliche Fertigung. Walzprofilieren gehört zum Walzbiegen und ist vom Walzen als Druckumformen zu unterscheiden.^[6]

Für Auszubildende ist besonders wichtig: Der Querschnitt entsteht nicht in einem einzigen starken Umformschritt, sondern über eine Folge abgestimmter Umformstationen. Fehler in einer frühen Station können sich bis zum Endprofil verstärken und zu Verdrehung, Welligkeit oder Maßabweichungen führen.

Treiben, Strecken und Stauchen

Beim handwerklichen Treiben wird Blech durch gezielte Hammerschläge plastisch verformt. Mit unterschiedlichen Hammerbahnen, Punzen, Ambossen, Sickenstöcken, Treibformen oder nachgiebigen Unterlagen können Wölbungen, Vertiefungen und räumliche Formen erzeugt werden. Treiben wird häufig kalt ausgeführt. Durch Kaltverfestigung kann die weitere Umformbarkeit abnehmen; bei geeigneten Werkstoffen und betrieblich freigegebenen Arbeitsfolgen kann ein Zwischenglühen erforderlich sein.^[7]

Strecken vergrößert die Fläche eines Bereichs und verringert lokal die Dicke. Stauchen verkürzt einen Rand- oder Werkstückbereich und erhöht dort die Materialfülle beziehungsweise erzeugt eine Wölbung. Bei Blechen muss das Material kontrolliert geführt werden, damit keine ungewollten Falten oder Risse entstehen. Viele räumliche Blechformen werden durch eine Kombination aus Strecken, Stauchen, Treiben und anschließendem Schlichten hergestellt.

Bördeln, Sicken und Falzen

Beim Bördeln wird ein Blechrand umgelegt oder aufgestellt. Dadurch kann eine Kante versteift, entschärft oder für eine Verbindung vorbereitet werden. Beim Sicken werden rinnen- oder rippenförmige Vertiefungen eingebracht. Sicken erhöhen häufig die Steifigkeit eines dünnen Blechs, ohne die gesamte Blechdicke zu vergrößern. Beim Falzen werden Blechkanten umgelegt und gegebenenfalls miteinander verbunden. Diese Verfahren verlangen passende Werkzeuge und eine geeignete Arbeitsfolge, damit die Kante nicht reißt und angrenzende Flächen nicht verziehen.

Umformen von Profilen, Stäben und Rohren

Besonderheiten von Profilquerschnitten

Profile besitzen einen vorgeformten Querschnitt. Beim Biegen entstehen außen Zugspannungen und innen Druckspannungen. Zusätzlich kann sich der Querschnitt verändern. Bei einem Rohr kann die Außenseite ausdünnen, die Innenseite Falten bilden und der ursprünglich runde Querschnitt oval werden. Offene Profile können aufklappen oder sich seitlich verziehen. Unsymmetrische Profile neigen zur Verdrehung.

Vor dem Biegen sind daher Profilart, Abmessung, Wanddicke, Werkstoff, Nahtlage, gewünschter Radius, Biegeebene und zulässige Querschnittsänderung zu prüfen. Bei geschweißten Rohren kann die Lage der Längsnaht für die Beanspruchung wichtig sein. Die zulässige Position richtet sich nach Verfahren, Bauteilanforderung und Herstellerangaben.

Profilbiegen mit Rollen

Profilbiegemaschinen arbeiten meist mit drei oder mehr Rollen. Eine oder mehrere Rollen werden zugestellt, während das Profil durch die Maschine läuft. Der Radius entsteht schrittweise. Passende Rollen müssen den Querschnitt ausreichend abstützen. Werden ungeeignete Rollen verwendet, können Druckstellen, Quetschungen oder Querschnittsverformungen auftreten.

Die richtige Biegeebene ist entscheidend. Ein Rechteckrohr lässt sich über die starke und die schwache Achse unterschiedlich schwer biegen. Bei Winkelprofilen ist zu prüfen, ob die Schenkel nach innen oder außen zeigen und ob das Profil während des Durchlaufs seitlich geführt werden muss. Mehrere kleine Zustellungen liefern häufig ein gleichmäßigeres Ergebnis als eine einzige große Zustellung.

Rohrbiegen und Hilfsmittel gegen Querschnittsverformung

Je nach Rohrabmessung, Werkstoff und Radius kommen Dornbiegen, Rollbiegen, Rotationszugbiegen oder Warmbiegen infrage. Ein Biegedorn stützt das Rohr innen ab. Faltenglätter und passende Spannwerkzeuge können die Innenseite kontrollieren. Solche Hilfsmittel werden besonders bei dünnwandigen Rohren und engen Radien eingesetzt.

Das Füllen eines Rohres mit Sand wird in historischen und handwerklichen Zusammenhängen beschrieben, darf aber nicht unkritisch als allgemeines Standardverfahren betrachtet werden. In der Ausbildung gelten der betriebliche Arbeitsplan, zugelassene Verfahren, geeignete Maschinen und die Unterweisung. Geschlossene, erwärmte oder ungeeignet gefüllte Hohlkörper können erhebliche Gefahren verursachen.

Warmbiegen von Profilen

Große Querschnitte oder enge Radien können das Warmbiegen erfordern. Der Werkstoff wird dabei in einem festgelegten Bereich erwärmt und mit geeigneten Vorrichtungen umgeformt. Für Stahl sind Erwärmungsbereich, Temperaturführung, Haltezeit und Abkühlung so zu wählen, dass Werkstoffeigenschaften nicht unzulässig verändert werden. Eine Beurteilung nur nach der Glühfarbe ist fehleranfällig; sofern vorgeschrieben, sind geeignete Temperaturmessmittel zu verwenden.

Beim Erwärmen entstehen zusätzliche Gefährdungen durch Flammen, heiße Oberflächen, Wärmestrahlung, Zunder und gegebenenfalls Rauche. Brenner, Feuerstelle, Zangen, Auflagen und Löschmittel müssen vorbereitet sein. Heiße Werkstücke sind eindeutig abzulegen und gegen unbeabsichtigtes Berühren zu sichern.

Werkzeuge und Maschinen

Handwerkzeuge

Zu den typischen Handwerkzeugen zählen Schonhammer, Schlosserhammer, Treibhammer, Sickenhammer, Falzzange, Biegezange, Richtwerkzeuge, Amboss, Sperrhaken, Sickenstock, Treibform und Schraubstock mit geeigneten Schutzbacken. Die Hammerbahn muss zum Arbeitsschritt passen. Scharfe Kanten oder beschädigte Bahnen übertragen Kerben und Schlagmarken auf das Werkstück.

Ein Schraubstock ist nur dann zum Biegen geeignet, wenn Werkstück, Spannweite, Backen und Belastung dafür geeignet sind. Verlängerungsrohre an Schraubstockspindeln oder Handhebeln sind ohne ausdrückliche Freigabe unzulässig, weil Bauteile überlastet werden können. Werkstücke müssen so eingespannt werden, dass sie nicht herausrutschen und die Sicht auf den Arbeitsbereich erhalten bleibt.

Maschinen und Vorrichtungen

Zu den häufig eingesetzten Maschinen gehören Schwenkbiegemaschinen, Gesenkbiegepressen, Rundbiegemaschinen, Profilbiegemaschinen, Sickenmaschinen und Richtpressen. Vorrichtungen und Schablonen helfen, wiederholbare Winkel, Radien und Konturen herzustellen. Maschinen dürfen nur bestimmungsgemäß, mit passenden Werkzeugen und nach Unterweisung bedient werden.

Automatisierte Biegeanlagen können Werkstücke positionieren, Winkel messen und Biegefolgen abarbeiten. Automatisierung ersetzt jedoch nicht die Arbeitsvorbereitung. Kollisionsprüfung, Werkzeugwahl, Materialdaten, Sicherheitsbereiche und Qualitätskontrolle bleiben erforderlich.

Arbeitsablauf in der Ausbildung

Von der Zeichnung zum geprüften Werkstück

Ein fachgerechter Arbeitsablauf beginnt mit dem Lesen der technischen Zeichnung. Danach folgen Materialprüfung, Verfahrensauswahl, Festlegen der Biegereihenfolge, Werkzeug- und Maschinenauswahl, Berechnung oder Ermittlung der Abwicklung, Zuschnitt, Entgraten, Kennzeichnen, Einrichten, Probebiegen, Messen, Korrigieren und Fertigstellen.

Arbeitsschritt	Leitfrage	Typische Kontrolle
Auftrag klären	Welche Form, Maße, Toleranzen und Oberflächen sind gefordert?	Zeichnung, Stückliste und Arbeitsplan vergleichen
Werkstoff prüfen	Stimmen Werkstoff, Abmessung, Lieferzustand und Oberfläche?	Kennzeichnung und Materialnachweis prüfen
Verfahren wählen	Welches Verfahren erzeugt die Form sicher und wirtschaftlich?	Werkstoff, Radius, Stückzahl und Maschine abgleichen
Abwicklung festlegen	Welche Zuschnittslänge ist erforderlich?	Biegetabelle, CAD-Daten oder Probestreifen verwenden
Werkzeug einrichten	Sind Stempel, Matrize, Rollen oder Wangen geeignet und korrekt montiert?	Freigaben, Belastbarkeit und Ausrichtung prüfen
Probeteil fertigen	Stimmen Winkel, Radius, Schenkellänge und Oberfläche?	Messmittel und Prüfschablone einsetzen
Serie überwachen	Bleiben die Ergebnisse wiederholgenau?	Stichproben und dokumentierte Korrekturen durchführen

Eine sinnvolle Biegereihenfolge verhindert, dass bereits gebogene Schenkel den nächsten Arbeitsschritt blockieren. Häufig werden kurze oder innenliegende Biegungen vor langen, außenliegenden Biegungen gefertigt. Diese Faustregel gilt jedoch nicht immer. Die tatsächliche Reihenfolge ergibt sich aus Werkzeugzugänglichkeit, Maschinenfreiraum, Anschlagmöglichkeit und Kollisionsprüfung.

Messen und Prüfen

Winkel werden mit Winkelmesser, Universalwinkelmesser, Anschlagwinkel oder digitalen Messsystemen geprüft. Radien lassen sich mit Radiuslehren, Schablonen oder geeigneten Messvorrichtungen kontrollieren. Längen werden mit Stahlmaßstab, Messschieber oder Bandmaß gemessen. Bei Profilen sind zusätzlich Ebenheit, Verdrehung, Symmetrie und Querschnittsform zu prüfen.

Das Werkstück muss beim Messen eine definierte Temperatur haben. Ein noch heißes Bauteil kann wegen Wärmeausdehnung andere Maße zeigen als nach dem Abkühlen. Auch Grate, Zunder und anhaftende Verschmutzungen verfälschen das Messergebnis. Messflächen sind deshalb zu reinigen, ohne die Oberfläche unzulässig zu beschädigen.

Typische Fehlerbilder und Ursachen

Fehlerbild	Mögliche Ursache	Fachgerechte Reaktion
Winkel zu offen	Rückfederung unterschätzt oder Eindringtiefe zu gering	Probebiegung auswerten und Einstellung kontrolliert korrigieren
Winkel zu geschlossen	Zu stark überbogen oder falscher Programmdatenwert	Einstellung zurücknehmen und Werkzeugdaten prüfen
Schenkellänge falsch	Anschlag falsch eingestellt, Werkstück falsch angelegt oder Abwicklung fehlerhaft	Bezugskante und Anschlag prüfen, Abwicklung neu bewerten
Risse an der Außenseite	Radius zu klein, Kante vorgeschädigt, Werkstoff zu spröde oder ungünstige Orientierung	Prozess stoppen, Ursache klären und freigegebenen Radius beziehungsweise Werkstoffzustand verwenden
Falten an der Innenseite	Zu große Druckbeanspruchung, unzureichende Abstützung oder zu enge Geometrie	Werkzeug, Dorn, Zustellung oder Biegeradius anpassen
Ovales Rohr	Fehlende Innenabstützung oder zu enger Radius	Geeignetes Rohrbiegeverfahren und passende Werkzeuge wählen
Verdrehtes Profil	Unsymmetrischer Querschnitt, falsche Rollenführung oder ungleichmäßiger Vorschub	Führungen und Rollen ausrichten, Zustellung in kleineren Schritten durchführen
Druckstellen und Kratzer	Verschmutzte Werkzeuge, scharfe Kanten oder ungeeignete Auflage	Werkzeuge reinigen, Schutzmaßnahmen für Sichtflächen einsetzen

Fehler dürfen nicht nur „weggerichtet“ werden, ohne ihre Ursache zu klären. Wiederholtes Hin- und Herbiegen kann den Werkstoff schädigen und zu Rissen führen. Bei sicherheitsrelevanten Bauteilen gelten Zeichnung, Prüfvorschrift und Freigabeprozess.

Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz

Gefährdungen beim Umformen

Beim Blech- und Profilumformen bestehen Gefährdungen durch scharfe Kanten, Quetsch- und Scherstellen, schwere oder ausschlagende Werkstücke, Werkzeugbruch, Lärm, heiße Oberflächen, Zunder, Funken und ungünstige Körperhaltungen. An Pressen können Unfälle besonders schwere Verletzungen verursachen. Deshalb sind Schutzmaßnahmen, sichere Betriebsarten und die bestimmungsgemäße Bedienung besonders wichtig.^[8]

Vor Arbeitsbeginn prüfst Du Arbeitsplatz, Maschine, Werkzeug, Schutzeinrichtungen und Werkstück. Störungen werden nicht durch Eingreifen in den Gefahrenbereich beseitigt. Die Maschine wird nach betrieblichem Verfahren stillgesetzt und gegen unbeabsichtigtes Wiederanlaufen gesichert. Einrichten, Werkzeugwechsel und Instandhaltung dürfen nur von dafür beauftragten und unterwiesenen Personen durchgeführt werden.

Persönliche Schutzausrüstung

Die erforderliche persönliche Schutzausrüstung ergibt sich aus Gefährdungsbeurteilung und Betriebsanweisung. Typisch sind Sicherheitsschuhe, geeignete Arbeitskleidung, Augen- oder Gesichtsschutz sowie bei Lärm Gehörschutz. Beim Umgang mit scharfkantigen Blechen können geeignete Schnittschutzhandschuhe erforderlich sein. An rotierenden Maschinen können Handschuhe jedoch Einzugsgefahren erhöhen. Deshalb gilt nicht „Handschuhe immer“, sondern die konkrete betriebliche Vorgabe.

Beim Warmumformen können hitzebeständige Schutzausrüstung, Schutzbrille oder Gesichtsschutz und geeignete Zangen erforderlich sein. Synthetische, leicht schmelzende Kleidung ist im Bereich von Funken und heißen Werkstücken ungeeignet. Heiße Bauteile müssen gekennzeichnet oder so abgelegt werden, dass niemand sie mit kaltem Material verwechselt.

Sicheres Arbeiten an Gesenkbiegepressen

An Gesenkbiegepressen befinden sich gefährliche Quetschstellen zwischen Stempel, Werkstück und Matrize. Zusätzlich kann das Werkstück beim Biegen hochschwenken. Hände und Körperteile müssen außerhalb des Gefahrenbereichs bleiben. Schutzeinrichtungen wie Lichtschranken, Laserschutzsysteme, Schutzschirme, Zweihandschaltungen oder sichere langsame Betriebsarten dürfen nicht umgangen werden. Die zulässige Schutzmaßnahme hängt von Maschine, Bauart, Betriebsart und Arbeitsaufgabe ab.^[9]

Große Bleche dürfen nicht unkontrolliert von Hand gehalten werden. Auflagen, Hebehilfen, Mitfahrhilfen oder zusätzliche unterwiesene Personen können erforderlich sein. Die Verständigung im Team muss eindeutig sein. Niemand darf sich zwischen bewegtem Werkstück und festen Gegenständen aufhalten.

Ordnung, Ergonomie und Brandschutz

Scharfe Reststücke, Blechstreifen und Zunder werden in geeigneten Behältern gesammelt. Verkehrswege bleiben frei. Werkzeuge werden so abgelegt, dass sie nicht herunterfallen oder mit heißen Teilen verwechselt werden. Schwere Werkstücke werden mit geeigneten Hebezeugen bewegt. Beim manuellen Handhaben sind Griffmöglichkeiten, Körperhaltung und Lastverteilung zu beachten.

Bei Warmarbeiten werden brennbare Stoffe entfernt oder geschützt. Geeignete Löschmittel stehen bereit. Nach Abschluss ist der Arbeitsbereich entsprechend der betrieblichen Vorgabe auf Glutnester und erwärmte Bauteile zu kontrollieren.

Qualität, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit

Eine gute Umformplanung reduziert Ausschuss, Nacharbeit, Energieverbrauch und Materialeinsatz. Maßhaltige Abwicklungen verringern Verschnitt. Geeignete Radien und Biegereihenfolgen verhindern Risse und unnötiges Richten. Saubere, intakte Werkzeuge verbessern die Oberfläche und verlängern die Werkzeugstandzeit.

Kaltumformen benötigt keine vollständige Erwärmung des Werkstücks, kann aber höhere Kräfte erfordern und den Werkstoff verfestigen. Warmumformen senkt häufig die erforderliche Umformkraft, verbraucht jedoch Energie und kann Zunder sowie Emissionen verursachen. Die wirtschaftlich und ökologisch geeignete Lösung hängt von Werkstoff, Geometrie, Stückzahl, Qualitätsanforderung und vorhandener Technik ab.

Reststücke werden nach Werkstoff getrennt gesammelt. Beschichtete oder verunreinigte Materialien sind nach betrieblicher Vorgabe zu behandeln. Schmierstoffe und Reinigungsmittel dürfen nicht unkontrolliert in Boden oder Abwasser gelangen.

Praxisbeispiel: Einen einfachen Winkel aus Stahlblech fertigen

Du sollst aus einem Stahlblech einen rechtwinkligen Halter mit zwei definierten Schenkellängen herstellen. Zuerst prüfst Du Zeichnung, Werkstoff, Blechdicke, Innenradius und Toleranzen. Danach ermittelst Du die Abwicklung mit einer freigegebenen Biegetabelle oder durch CAD-Daten. Der Zuschnitt wird gefertigt und vollständig entgratet.

An der Gesenkbiegepresse wählst Du ein freigegebenes Werkzeugpaar. Du prüfst Werkzeugzustand, Ausrichtung, Maschinenfreigabe und Schutzeinrichtungen. Anschließend stellst Du den Hinteranschlag ein und führst mit einem Probestreifen eine Probebiegung aus. Nach dem Entlasten misst Du Winkel und Schenkellänge. Zeigt sich Rückfederung, korrigierst Du die Einstellung kontrolliert. Erst nach Freigabe fertigst Du das Werkstück und dokumentierst das Prüfergebnis.

Bei einer handbetriebenen Schwenkbiegemaschine ist der Ablauf ähnlich: Werkstück ausrichten, sicher spannen, Biegewange gleichmäßig betätigen, Werkstück entnehmen und messen. Auch hier wird die erforderliche Überbiegung nicht geschätzt, sondern durch Probebiegung und Messung bestimmt.

Merksätze

Umformen: Die Form wird dauerhaft verändert, ohne den Werkstoff gezielt zu trennen.
Biegen: Außen wird der Werkstoff gedehnt, innen wird er gestaucht.
Neutrale Faser: In dieser Schicht ändert sich die Länge näherungsweise nicht.
Rückfederung: Der elastische Anteil der Verformung geht nach der Entlastung zurück.
Blechabwicklung: Biegezonen müssen bei der Zuschnittslänge berücksichtigt werden.
Profilbiegen: Neben dem Radius ist die Erhaltung des Querschnitts entscheidend.
Arbeitsschutz: Schutzeinrichtungen und betriebliche Vorgaben dürfen nie umgangen werden.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was kennzeichnet das Umformen? (Die dauerhafte Formänderung eines festen Werkstücks ohne gezielte Stofftrennung) (!Das vollständige Aufschmelzen des Werkstücks) (!Das Abtragen von Spänen mit einer Schneide) (!Das Verbinden zweier Teile durch einen Zusatzwerkstoff)

Welche Beanspruchung wirkt beim Biegen an der Außenseite des Werkstücks vorwiegend? (Zugbeanspruchung) (!Druckbeanspruchung) (!Keine Beanspruchung) (!Ausschließlich Schubbeanspruchung)

Was beschreibt die neutrale Faser beim Biegen? (Eine Schicht mit näherungsweise unveränderter Länge) (!Die äußerste gedehnte Oberfläche) (!Die innere gestauchte Oberfläche) (!Die Schneidkante der Matrize)

Was ist Rückfederung? (Das elastische Zurückgehen des Werkstücks nach der Entlastung) (!Das Brechen des Werkstücks beim Biegen) (!Das Erwärmen des Werkstücks durch Reibung) (!Das Abkühlen eines warm gebogenen Werkstücks)

Welche Werkzeuge wirken beim Gesenkbiegen zusammen? (Stempel und Matrize) (!Amboss und Feile) (!Bohrer und Reibahle) (!Sägeblatt und Schraubstock)

Wie wird beim Schwenkbiegen die Biegung erzeugt? (Durch eine schwenkende Biegewange) (!Durch einen umlaufenden Fräser) (!Durch einen Lichtbogen) (!Durch das Gießen in eine Form)

Wozu dient eine Biegezugabe? (Zur Ermittlung der erforderlichen Abwicklung) (!Zur Bestimmung der Werkstückmasse beim Gießen) (!Zur Auswahl der Schweißelektrode) (!Zur Berechnung der Bohrerdrehzahl)

Welches Fehlerbild kann bei einem Rohr durch ungeeignetes Biegen entstehen? (Ein ovaler Querschnitt) (!Eine gehärtete Schneide) (!Ein gegossener Kern) (!Eine geschweißte Verzahnung)

Warum wird vor einer Serie häufig ein Probebiegeteil gefertigt? (Um Winkel und Maße zu prüfen und Einstellungen zu korrigieren) (!Um die Maschine absichtlich zu überlasten) (!Um Schutzeinrichtungen außer Betrieb zu nehmen) (!Um das Werkstück ohne Messung freizugeben)

Welche Aussage zum Arbeitsschutz an einer Abkantpresse ist richtig? (Schutzeinrichtungen müssen wirksam sein und dürfen nicht umgangen werden) (!Hände dürfen während des Presshubs zwischen die Werkzeuge) (!Störungen werden bei laufender Maschine beseitigt) (!Große Bleche werden grundsätzlich ohne Auflagen geführt)

Memory

Umformen	Plastische Formänderung ohne gezielte Stofftrennung
Biegespannung	Zug und Druck in der Umformzone
Neutrale Faser	Schicht ohne wesentliche Längenänderung
Rückfederung	Elastisches Zurückgehen nach Entlastung
Stempel	Oberwerkzeug einer Gesenkbiegepresse
Matrize	Unterwerkzeug mit formender Öffnung
Schwenkbiegen	Formgebung durch eine drehende Biegewange
Walzprofilieren	Kontinuierliches Erzeugen eines Profilquerschnitts

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Gesenkbiegen	Stempel drückt das Blech in Richtung Matrize
Schwenkbiegen	Eine Biegewange bewegt sich drehend
Walzrunden	Walzen erzeugen einen zylindrischen oder kegelförmigen Radius
Treiben	Hammerschläge formen eine räumliche Blechkontur
Profilbiegen	Der vorhandene Querschnitt soll möglichst erhalten bleiben
Richten	Unerwünschte Krümmungen oder Verzüge werden vermindert

Kreuzworträtsel

Umformen	Wie heißt die dauerhafte Formänderung eines festen Werkstücks ohne gezielte Stofftrennung?
Matrize	Wie heißt das Unterwerkzeug beim Gesenkbiegen?
Stempel	Wie heißt das Oberwerkzeug einer Abkantpresse?
Rückfederung	Wie heißt das elastische Öffnen einer Biegung nach der Entlastung?
Profilieren	Wie heißt das schrittweise Erzeugen eines definierten Querschnitts mit Walzen?
Biegeradius	Wie heißt der Radius an einer gebogenen Werkstückzone?

LearningApps

Lückentext

Beim

wird die Gestalt eines festen Werkstücks dauerhaft verändert. An der Außenseite einer Biegung wirkt vorwiegend

. Die Innenseite der Biegung wird

. Die Schicht ohne wesentliche Längenänderung heißt

. Nach dem Entlasten öffnet sich der Biegewinkel durch die

. Das Oberwerkzeug einer Gesenkbiegepresse heißt

. Das Unterwerkzeug wird als

bezeichnet. Beim Schwenkbiegen formt eine bewegliche

das Werkstück. Die ebene Ausgangsform eines Kantteils wird als

bezeichnet. Beim Rohrbiegen kann eine unerwünschte

des Querschnitts auftreten. Ein erstes Werkstück zur Kontrolle der Einstellung ist das

. Schutzeinrichtungen an Pressen dürfen niemals

werden.

Offene Aufgaben

Leicht

Fachbegriffe Umformen: Erstelle eine handschriftliche Begriffskarte mit Umformen, Biegen, Rückfederung, neutraler Faser, Stempel und Matrize.
Werkzeugerkundung: Fotografiere oder skizziere sechs Werkzeuge aus Deiner Ausbildungswerkstatt und beschreibe jeweils ihren Einsatz beim Blech- oder Profilumformen.
Biegeprobe: Biege unter Anleitung drei gleich große Blechstreifen mit unterschiedlichen Innenradien und vergleiche Oberfläche, Winkel und Rückfederung.
Sicherheitscheck: Erstelle für einen Biegearbeitsplatz eine Checkliste mit mindestens acht Punkten, die vor Arbeitsbeginn geprüft werden müssen.

Standard

Blechabwicklung: Ermittle für einen einfachen Winkelhalter die Zuschnittslänge mit einer betrieblichen Biegetabelle und vergleiche das Ergebnis mit einem Probebiegeteil.
Fehleranalyse: Untersuche ein Werkstück mit falschem Winkel oder falscher Schenkellänge und entwickle eine begründete Korrekturstrategie.
Verfahrensvergleich: Vergleiche Gesenkbiegen, Schwenkbiegen und Walzrunden hinsichtlich Werkzeugbewegung, geeigneter Werkstücke, Genauigkeit und Gefährdungen.
Profilbiegen: Plane das Biegen eines Rechteckrohrs und lege Biegeebene, Rollenform, Prüfkriterien und mögliche Fehlerbilder fest.

Schwer

Arbeitsplanung Umformen: Erstelle einen vollständigen Arbeitsplan für ein Bauteil mit mindestens drei Biegungen, einschließlich Biegereihenfolge, Kollisionsprüfung, Werkzeugwahl und Qualitätskontrolle.
Versuchsreihe Rückfederung: Untersuche unter Aufsicht die Rückfederung mehrerer Werkstoffe oder Blechdicken und stelle die Ergebnisse in einem Diagramm dar.
Konstruktionsprojekt Blech: Entwickle ein funktionsfähiges kleines Werkstück, zum Beispiel eine Halterung oder Abdeckung, und dokumentiere Zeichnung, Abwicklung, Fertigung und Prüfung.
Nachhaltige Fertigung: Analysiere zwei mögliche Umformverfahren für dasselbe Bauteil und bewerte Materialausnutzung, Energiebedarf, Rüstaufwand, Ausschussrisiko und Arbeitssicherheit.

Lernkontrolle

Prozessauswahl: Ein dünnwandiges Rechteckrohr soll mit engem Radius gebogen werden. Begründe, welches Verfahren und welche Abstützung geeignet sein könnten und welche Angaben Du vor der Entscheidung noch benötigst.
Ursachenanalyse: Ein Blechwinkel ist nach der Entlastung zu offen. Erkläre mindestens drei mögliche Einflussgrößen und entwickle eine sichere Vorgehensweise zur Korrektur.
Biegereihenfolge: Plane die Reihenfolge für ein U-förmiges Kantteil mit zusätzlichen kurzen Laschen. Begründe Deine Reihenfolge anhand von Anschlagmöglichkeit und Kollisionsgefahr.
Qualitätsentscheidung: Ein gebogenes Profil erfüllt den Radius, ist aber sichtbar verdreht. Beurteile, ob Nachrichten sinnvoll ist oder der Prozess neu eingerichtet werden muss, und nenne die benötigten Prüfinformationen.
Arbeitsschutzfall: Eine Bedienperson möchte ein großes Blech während des Presshubs mit der Hand nachführen. Analysiere die Gefährdungen und beschreibe eine sichere technische und organisatorische Lösung.
Transferaufgabe: Vergleiche das Biegen eines kalten Stahlblechs mit dem Warmbiegen eines massiven Stahlprofils. Erläutere Unterschiede bei Kräften, Maßhaltigkeit, Werkstoffverhalten, Oberfläche und Schutzmaßnahmen.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis zu diesem Thema ist wichtig, dass Du nicht nur Begriffe wiedergibst, sondern fachgerecht planst, ausführst, prüfst und begründest.

Du erklärst den Unterschied zwischen Blech-, Profil- und Massivumformung.
Du beschreibst Zugzone, Druckzone, neutrale Faser und Rückfederung an einer Biegung.
Du wählst für eine vorgegebene Geometrie ein geeignetes Biegeverfahren aus.
Du liest Werkstoff, Blechdicke, Radius, Winkel, Schenkellänge und Toleranz aus einer Zeichnung.
Du ermittelst eine einfache Abwicklung mithilfe freigegebener Tabellen oder CAD-Daten.
Du richtest unter Anleitung Werkzeug, Anschlag und Werkstück fachgerecht ein.
Du fertigst ein Probebiegeteil und leitest aus Messwerten eine begründete Korrektur ab.
Du erkennst typische Fehlerbilder an Blechen, Rohren und Profilen.
Du dokumentierst Maße, Winkel, Oberfläche und Prozessabweichungen nachvollziehbar.
Du hältst Betriebsanweisung, Unterweisung und Schutzmaßnahmen konsequent ein.

OERs zum Thema

Quellen und Medienhinweise

Die fachliche Vertiefung stützt sich auf öffentlich zugängliche Darstellungen zu Umformen, Biegen, Gesenkbiegen, Schwenkbiegen, Walzbiegen, Blechabwicklung, Profilierverfahren und Treiben sowie auf Arbeitsschutzinformationen der Berufsgenossenschaft Holz und Metall. Die eingebundenen Bilder stammen aus Wikimedia Commons. Für die praktische Arbeit sind stets die aktuellen betrieblichen Unterlagen, Maschinenanleitungen, Werkstoffdaten und Unterweisungen maßgebend.