Umformverfahren – Biegen

Was ist Umformen?

Beim Herstellen von Metallteilen hast du mehrere Möglichkeiten. Du kannst Material abtragen, wie beim Drehen oder Fräsen. Du kannst Teile zusammenfügen, wie beim Schweißen. Oder du kannst ein Werkstück in eine neue Form bringen, ohne Material zu entfernen. Das nennst du Umformen.

Beim Umformen veränderst du die Form eines Werkstücks durch Kraft. Das Material bleibt dabei vollständig erhalten, es wird also nichts vom Material entfernt. Du nutzt gezielt die Eigenschaft von Metallen, sich unter Druck dauerhaft zu verformen.

Es gibt zwei Arten von Umformverfahren: Kaltumformung und Warmumformung:

• Kaltumformung: dabei bearbeitest du das Metall bei Raumtemperatur
• Warmumformung: dabei erhitzt du das Metall vor der Bearbeitung, damit es sich leichter formen lässt

Biegen ist ein typisches Beispiel für die Kaltumformung. Es gehört zu den häufigsten Umformverfahren in der Praxis, deshalb schauen wir uns es jetzt genauer an.

Was passiert beim Biegen?

Beim Biegen drückst du ein Blech über eine Kante oder in eine Form. Das Blech nimmt dabei einen bestimmten Winkel an. Dieser Winkel bleibt nach dem Biegen dauerhaft erhalten.

Dabei passiert im Material etwas Wichtiges: Die Außenseite des Materials an der Biegung wird gedehnt und dadurch länger. Die Innenseite wird gestaucht, wird also kürzer. Genau in der Mitte liegt die sogenannte neutrale Faser. Das ist eine gedachte Linie im Inneren des Blechs. Sie wird beim Biegeprozess weder gedehnt noch gestaucht, verändert also ihre Länge nicht.

Die neutrale Faser ist wichtig für die Berechnung. Denn ihre Länge verändert sich beim Biegen nicht. Deshalb rechnest du später mit ihr, wenn du die Abwicklungslänge bestimmst.

Abwicklungslänge

Weil die Außenseite des Blechs beim Biegen gedehnt wird, verändert sich die Länge des Materials. Bevor du ein Blech biegst, musst du es also auf die richtige Länge zuschneiden. Sonst stimmen nach dem Biegen die Schenkellängen deines Bauteils nicht mehr.

Aber wie lang muss der Zuschnitt sein? Genau das berechnet die Abwicklungslänge. Sie gibt an, wie lang das Blech vor dem Biegen sein muss, damit es nach dem Biegen die richtige Länge hat.

Die Abwicklungslänge setzt sich aus zwei Teilen zusammen. Der erste Teil sind die geraden Schenkel, also die Bereiche vor und nach der Biegung. Der zweite Teil ist die Bogenlänge, also die Länge entlang der neutralen Faser im gebogenen Bereich.

Die Formel für die Abwicklungslänge

Die Formel für die Abwicklungslänge lautet:

Die Variablen bedeuten dabei:

Variable	Bedeutung
L	Abwicklungslänge (gesamt)
l1, l2	Länge der geraden Schenkel
	Biegewinkel in Grad
R	Innenradius der Biegung
s	Blechdicke
K	K-Faktor

Der Formelteil  beschreibt dabei die Bogenlänge – also die Länge entlang der neutralen Faser im gebogenen Bereich.

K-Faktor und neutrale Faser

Der K-Faktor beschreibt, wo genau die neutrale Faser im Material liegt. Er ist kein fester Materialwert. Er hängt vom Material, der Blechdicke und dem Biegeradius ab. In der Praxis und in der Berufsschule verwendest du meist einen Richtwert. Für Stahl und Aluminium liegt er häufig bei K = 0,35 bis 0,45. Wenn nichts anderes angegeben ist, rechnest du mit K = 0,4.

Beispiel: Abwicklungslänge berechnen

Schau dir das an einem konkreten Beispiel an. Du hast ein Aluminiumblech mit zwei Schenkeln und willst es um 90° biegen. Die Werte sind gegeben:

• l₁ = 30 mm – das ist die Länge des ersten geraden Schenkels
• l₂ = 50 mm – das ist die Länge des zweiten geraden Schenkels
• α = 90° – das ist der Biegewinkel
• R = 4 mm – das ist der Innenradius der Biegung
• s = 2 mm – das ist die Blechdicke
• K = 0,4 – das ist der K-Faktor für dieses Material

Bevor du das Blech zuschneidest, musst du die Abwicklungslänge kennen. Die Abwicklungslänge setzt sich aus drei Teilen zusammen: dem ersten Schenkel, dem zweiten Schenkel und der Bogenlänge. Die Schenkel kennst du bereits. Also berechnest du zuerst die Bogenlänge.

Die Bogenlänge ist der Bereich, der beim Biegen entsteht. Du berechnest sie mit dem Formelteil

.

Setzt du die Werte ein, ergibt sich:

Die Bogenlänge beträgt also 7,54 mm. Jetzt hast du alle drei Teile zusammen. Du addierst sie:

L = 30 + 50 + 7,54 = 87,54 mm

Das Blech muss also vor dem Biegen 87,54 mm lang sein. Schneidest du es kürzer zu, passt die fertige Form nicht mehr.

Vereinfachte Formel für 90°-Biegungen

In der Praxis biegst du sehr häufig auf 90°. Für diesen Fall sparst du dir einen Rechenschritt, denn ergibt bei 90° immer denselben Wert. Du kannst ihn direkt einsetzen:

Da ist, kannst du auch schreiben:

Diese Formel verwendest du für alle 90°-Aufgaben. Sie liefert dasselbe Ergebnis wie die allgemeine Formel, aber mit weniger Rechenschritten.

Umformverfahren verstehen

Wer das Biegen von Blech beherrscht, kann auch andere Umformverfahren besser einordnen. Zum Beispiel gehört dazu das Tiefziehen, bei dem ein flaches Blech durch Druck in eine dreidimensionale Form gebracht wird. Dabei spielen dieselben Materialeigenschaften eine Rolle: Die Außenseite dehnt sich, das Material fließt, und die Rückfederung muss eingeplant werden.

Begriffe wie Kaltumformung, Abwicklungslänge und K-Faktor sind dabei zentrale Grundlagen der Metalltechnik. Weitere Themen aus deiner technischen Ausbildung findest du in unserem Bereich Industrie und Mechanik.