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Grundlagenwissen

Wie funktioniert das Stanzen von Blech?

| Redakteur: Frauke Finus

Das Stanzen ist ein Fertigungsverfahren, das vorwiegend zur Lochung flacher Materialien dient. Der Begriff fasst mehrere Form-, Umform- und Schneideverfahren zusammen.

Jährlich Millionen Stanzteile wie diese fertigt zum Beispiel Lang+Menke im sauerländischen Hemer.
( Bild: Kuhn )

Ähnlich dem Stechen der Weihnachtsplätzchen aus dem Teig, werden Stanzteile aus flachen Materialien ausgestanzt. Das Stanzen wird zum Zerteilen, Fügen und Umformen eingesetzt. Zum Einsatz dafür kommen spezielle Stanzwerkzeuge, auch Schneid- und Umformwerkzeuge genannt. Neben dem Schneiden lassen sich mit solch einem Werkzeug unter Einsatz eines kalten Umformprozesses Materialien mittels Stanzen, Ziehen, Biegen und Stauchen in eine neue Form bringen.

Hochpräzise Bauteile, die auf einem Doppelpleuel-Stanzautomaten MSP 200 von Schuler hergestellt wurden.
Hochpräzise Bauteile, die auf einem Doppelpleuel-Stanzautomaten MSP 200 von Schuler hergestellt wurden.
( Bild: Vogt & Käfer )

In der Praxis kommt das Stanzen beispielsweise in der Produktion von Haushaltswaren, Verpackungen der Lebensmittel-, Medizin- und Pharmaindustrie sowie der Elektroindustrie und der Automobilindustrie vor. Darüber hinaus dient das Stanzen zur Erstellung von Profil- und Rundlochungen sowie zum Entfernen von entstehendem Abfall. Das im Alltag am häufigsten verwendete Werkzeug zum Stanzen ist vermutlich der Papier-Locher, der in jedem Büro zu finden ist.

Trumpf zeigt in seinem Video den Vorgang des Stanzen in Slowmotion und bietet so selbst dem Experten neue Einsichten.

Was ist Stanzen?

Beim Stanzen werden Flachteile aus unterschiedlichen Werkstoffen, insbesondere aus schwer bearbeitbarem Metall, bearbeitet. Mittels Stanzen können vorwiegend Werkstücke aus Metallbändern und Blechstreifen, aber auch aus Papier, Kunststoff, Textilien und Dichtungswerkstoffen gefertigt werden. Die Werkzeuge zum Stanzen werden zumeist in Pressen eingebaut, die einen Unter- und Oberteil besitzen. Diese austauschbaren Werkzeuge nennt man Umformwerkzeuge, Zerteilwerkzeuge und Fügewerkzeuge. Die einzelnen Verfahren lassen sich in Verbundwerkzeugen auch kombinieren.

Zerteilen: Dabei handelt es sich um ein spanloses Trennverfahren, zu dem das Keilschneiden und Scherschneiden gehören.

Umformen: Mittels Umformen kann eine beliebige Formveränderung herbeigeführt werden. Zum Einsatz dafür kommen unterschiedliche Werkzeuge, zumeist Biegewerkzeuge.

Fügen: Mithilfe dieses Verfahrens können zwei oder mehrere Werkstücke durch Falzen, Nieten oder Einpressen zusammengebracht werden.

Was ist Scherschneiden?

Scherschneiden ist ein Trennverfahren beim Stanzen. Mit diesem Verfahren lassen sich Werkstoffe durch Schneiden zerteilen. Mit dem Scherschneiden in Zusammenhang stehende Begriffe sind Schneidplatte und Schneidstempel. Je nach Lage der Schnittlinie können beim Scherschneiden unterschiedliche Fertigungsverfahren zum Einsatz kommen.

Im Detail handelt es sich dabei um die folgenden Möglichkeiten, die Ihnen beim Scherschneiden zur Verfügung stehen:

Ausschneiden: Das Ausschneiden dient zur Herstellung einer genauen Außenform eines Werkstückes mittels in sich geschlossener Schnittlinie.

Abschneiden:In diesem Fall erfolgt ein Schneiden entlang einer Schnittlinie, bei der auch Abfall entstehen kann.

Lochen: Beim Stanzen per Lochen entsteht eine in sich geschlossene Schnittlinie, um eine beliebige Innenform zu erstellen.

Ausklinken: Hier werden Flächenteile entlang der Innen- oder Außenform herausgeschnitten.

Einschneiden: Bei diesem Verfahren wird im oder am Werkstück nur ein teilweises Trennen des Materials geschaffen. Das Einschneiden dient oft als Vorbereitung für Zieh- und Biegearbeiten.

Beschneiden: Um das Trennen von Bearbeitungszugaben oder Rändern zu bewerkstelligen, wird das Verfahren des Beschneidens eingesetzt.

Abgratschneiden: Mithilfe des Abgratschneidens wird überschüssiger Werkstoff an Schmiede-, Guss- oder Formpressteilen entfernt.

Nachschneiden: Zum Verfeinern von vorgeschnittenen Schnittflächen kommt das Verfahren des Nachschneidens zum Einsatz, bei dem schmale Ränder exakt abgeschnitten werden.

Trennschneiden: Um mehrere Werkstücke aus einer Ausgangsform herzustellen, wird mit dem Verfahren des Trennschneidens gearbeitet.

Ein Doppelpleuel-Stanzautomat MSP 200 von Schuler.
Ein Doppelpleuel-Stanzautomat MSP 200 von Schuler.
( Bild: Schuler )

Knabberschneiden: Beim Knabberscheiden werden Werkstoffteilchen stückweise abgetrennt.

Feinschneiden: Das Feinschneiden dient dazu, um eine rechtwinkelige und genaue sowie glatte Schnittfläche an dicken Werkstücken zu erhalten.

Feinschneiden bietet im Vergleich zum Stanzen wesentliche Vorteile.

Der BSTA 500 ist ein Hochgeschwindigkeitsstanzautomat von Bruderer. Das Bild vermittelt einen Eindruck von den 600 Hüben pro Minute, mit denen bei Lang+Menke im Sauerland gestanzt wird.
Der BSTA 500 ist ein Hochgeschwindigkeitsstanzautomat von Bruderer. Das Bild vermittelt einen Eindruck von den 600 Hüben pro Minute, mit denen bei Lang+Menke im Sauerland gestanzt wird.
( Bild: Kuhn )

Alle zwei Jahre findet die Stanztec Leitmesse fürs Stanzen statt. In Pforzheim zeigt die Branche, welche neuen Möglichkeiten es für die wirtschaftliche Produktion von Funktionsteilen und Baugruppen gibt.

Die Geschichte des Stanzens

Die Geschichte des Stanzens beginnt im späten 19. Jahrhundert. Das Stanzen wurde erstmals in den 1890er-Jahren für die Produktion von Fahrrädern verwendet. Zwar galten die geschmiedeten Teile damals noch qualitativ hochwertiger und stabiler, als jene, die durch das Stanzen hergestellt wurden, allerdings erkannte man im Stanzen die Möglichkeit, Kosten einzusparen und schneller zu einem Ergebnis zu kommen. Die ersten Fahrradteile, die auf diese Art hergestellt wurde, wurden aus Deutschland in die Vereinigten Staaten importiert, was US-Unternehmen dazu brachte, das benutzerdefinierte Stanzen durch Werkzeughersteller zu etablieren. West Rad war damals maßgeblich an der Entwicklung und Forschung des Stanzens beteiligt, weshalb von diesem Unternehmen die meisten Fahrradteile gestempelt wurden. Im Zuge der wachsenden Automobilindustrie in den USA übernahm zuallererst Henry Ford für seine Ford Motor Company die nach dem Stanzverfahren hergestellten Bauteile.

Nicht aus der Zeit von Henry Ford, aber doch sehr alt – viele Pressen zum Stanzen, die mehrere Jahrzehnte auf dem Buckel haben, sind heute noch im Einsatz. Retrofit bringt nachgerüstete Fitness und macht die Pressen wieder flott.

Stanzen – das Verfahren

Grundlagenseminare für die Blechbearbeitung bietet die Forschungsgesellschaft Umformtechnik mbH in Stuttgart an.

Vorbereitungsarbeiten vor dem Stanzen

Bevor ein Stanzwerkzeug in Betrieb genommen werden kann, muss der Schneidspalt und das Spiel überprüft werden. Denn zwischen Stempel-Schneidkante und Schneidplattendurchbruch-Schneidkante muss ein Schneidspalt vorhanden sein, der rechtwinkelig zur Schneidenebene gemessen wird. Der Umfang des Schneidspalts ist von der Festigkeitsbeschaffenheit und der Dicke des Werkstoffes abhängig.

Fein säuberlich aufgereiht liegen hier die Normteile von Meusburger, die bei der Dieter Rest GmbH zu einem Stanzwerkzeug verarbeiten werden.
Fein säuberlich aufgereiht liegen hier die Normteile von Meusburger, die bei der Dieter Rest GmbH zu einem Stanzwerkzeug verarbeiten werden.
( Bild: VCG/Finus )

Darüber hinaus spielt die Werkzeugaufbauart sowie die Qualität der Schnittflächen eine wichtige Rolle für das Definieren des Schneidspalts. Für gewöhnlich beträgt dieser 2 bis 5 % der Werkstoffdicke. Eine Überprüfung des Schneidspalts können Sie am besten mit einem Winkelprüf- oder Höhenmessgerät vornehmen. Die Schneidspaltgröße wirkt sich auf die Faktoren Maßgenauigkeit, Schneidkraft, Oberflächengüte der Schnittflächen, Grathöhe am Schnittteil und Werkzeugverschleiß aus.

Welche Maschinen zum Stanzen eingesetzt werden

Grundsätzlich wird zwischen manuellen Maschinen zum Stanzen und CNC-Stanzmaschinen unterschieden. Die manuelle Stanzmaschine beruht auf einfache mechanischen beziehungsweise physikalische Prinzipien. Die Werkstücke werden per Hand eingelegt und in Position gebracht. Der Stanzhub wird erst durch eine Aktion des Bedieners in Gang gesetzt, wobei die Stanzkraft entweder hydraulisch oder mit Hebeln erzeugt wird. Manuelle Stanzmaschinen bestehen aus dem Maschinenkorpus, einer mechanischen Kraftübersetzung oder einem anderen Antrieb sowie aus den zum Stanzen benötigten Werkzeugen, wie Matrizen, Stempel und manchmal auch Rückzugsfeder und Stempelaufnahme.

Um präzise Stanzteile fertigen zu können, ist leistungsfähige Technik eine Voraussetzung. Doch auch neue Werkstoffe, die Miniaturisierung und Funktionsintegration sowie Industrie 4.0 gehören zu den Herausforderungen, auf die Anlagenhersteller reagieren müssen – und zwar mit High-End-Stanztechnik.

Um eine Fertigung von kleineren und mittleren Serien herzustellen, haben sich CNC-Stanzmaschinen als effektiver erwiesen. Sie bestehen üblicherweise aus einem Werkzeugträger und einem Werkzeug, das schnell gewechselt werden kann. Der Werkstoff, wie beispielsweise Blech, bewegt sich während der Verarbeitung zwischen den Stanzwerkzeugen. Um den Werkstoff zu verschieben, wird er am Rand erfassen. Als Werkzeuge kommen für das CNC-Stanzen je nach gewünschter Form Nibbler, Stempel für kreisrunde Schreiben, Vierecke in unterschiedlichen Größen und spezielle Werkzeuge für Sonderformen zum Einsatz.

Dimecozeigt in diesem Video, dass Stanzen auch direkt vom Coil eine praktikable Lösung sein kann.

Eine Bandanlage in Kurzbauform mit angetriebenem Haspel SMO 3000 von Millutensil für Coilgewichte bis 3000 kg und eine maximale Bandbreite von 600 mm, hier bei der Wilhelm Flender GmbH & Co. KG.
Eine Bandanlage in Kurzbauform mit angetriebenem Haspel SMO 3000 von Millutensil für Coilgewichte bis 3000 kg und eine maximale Bandbreite von 600 mm, hier bei der Wilhelm Flender GmbH & Co. KG.
( Bild: Kuhn )

Werkzeugaufbau von Stanzmaschinen und Stanzwerkzeugen

Grundsätzlich besteht eine Maschine zum Stanzen aus zwei Werkzeugteilen. Dazu gehört der Halter für Matrizen und der Halter für Stempel. Sobald der Stempel in die Matrize eingreift, wird das Material geschnitten beziehungsweise bearbeitet. Bei den Maschinen zum Stanzen unterscheidet man zwischen Maschinen zum Hubstanzen und solche zum Rotationsstanzen.

Die Vorrichtung zum Hubstanzen besteht aus einer Presse, die mit einem Stanzwerkzeug, für gewöhnlich ein flaches Ober- und Unterwerkzeug, ausgestattet ist. Die Stanzstempel befinden sich im Oberwerkzeug. Eine dazu passende Matrize wird im Unterwerkzeug angebracht. Durch eine präzise Ausrichtung der Werkzeuge zueinander trifft der Stempel exakt in die Matrize, wo der Werkstoff durchbrochen wird. Beim Hubstanzen wirkt die volle Stanzkraft auf die gesamte zu bearbeitende Fläche ein.

Die Stanzwerkzeuge beim Rotationsstanzen werden direkt in die Hochgenauigkeitslagerungen montiert. Die Werkzeuge mit Stempel werden oberhalb einer Welle gespannt, das Matritzenwerkzeug wird unten angeordnet. Das Material wird beim Stanzen kontinuierlich zwischen den beiden Werkzeugen durchgeschoben. Der Namen dieses Stanzverfahrens ist auf die rotierenden Werkzeuge zurückzuführen. Aufgrund der punktuellen Belastung, die beim Rotationsstanzen einhergeht, ist die Stanzkraft geringer, als beim Hubstanzen. Mit Rotationstanzen können Endlosmaterialien schneller und genauer bearbeiten werden.

Außerdem sind Rotationsstanzen der ideale Partner für Walzprofilieranlagen. Besonders, wenn sie den Dreh raus haben: Rotationsstanze für Profilieranlage kommt ohne Motor aus.

Weitere Informationen zum Unterschied von Hub- und Rotationsstanzen finden Sie hier.

Alternativen zum manuellen Stanzen oder CNC-Stanzen: Laser-Stanz-Maschinen

Für das Stanzen großer Stückzahlen werden für gewöhnlich Laserschneider oder kombinierte Laser-Stanz-Maschinen verwendet. Mittels Laserstrahlschneider werden Festkörper unter Anwendung von gepulster und kontinuierlicher Laserstrahlung durchtrennt. Diese Art des Stanzens eignet sich für viele verschiedene Werkstoffe, wie Metalle und organische Materialien. Hierfür ist es notwendig, Laserstrahl-Parameter, wie Pulsenergie, Pulsdauer, Wellenlänge und mittlere Leistung zu beachten.

Amadazeigt im Video die Kombination von Stanzen und Laserschneiden.

Das Verfahren des Laserschneidens oder Laserstanzens kommt immer dann zum Einsatz, wenn komplexe Umrisse schnell und präzise verarbeitet werden sollen. Auch dreidimensionale Durchbrüche oder Schnitte an schwer zugänglichen Stellen können mithilfe des berührungslosen Verfahrens Laser-Stanzen hergestellt werden. Kombinierte Laser-Stanz-Maschinen bieten den Vorteil, das Stanzen und das Nibbeln als Verfahren gleichzeitig anzuwenden. Mit solchen Maschinen, die mit Hochleistungslasern, wie Gaslaser, Festkörperlaser oder Faserlaser, ausgestattet sind, können beliebige Konturen ausgelasert und gleichzeitig mit einem Stanzkopf gearbeitet werden.

EFBAls Verband für die Unternehmen der Blech und hybride Strukturen verarbeitenden Industriebranchen und deren Forschungseinrichtungen initiiert und finanziert die Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V. Industrieforschung für und mit den Technologieführern. Der EFB berät, ermittelt die Technologietrends und gestaltet innovative Projekte. Fokus ist die schnelle Umsetzung der Ergebnisse und Sicherung der Arbeitsplätze im Interesse der Mitglieder, insbesondere der KMU.
Link zum EFB

Diese Materialien können gestanzt werden

Die Liste jener Materialien, die mittels Stanzen bearbeitet werden können ist lang. Dazu zählen aber vor allem dünne Werkstoffe, wie Metallfolien, Kunststofffolien, Papiere und Filme. Zudem können dickere Materialien, wie Verbundstoffe, Kartonagen, Leder sowie Bleche gestanzt werden. Das Stanzen spielt vor allem in der technisch anspruchsvollen Industrie, wie in der Automobilbranche, der Elektroindustrie oder der Raumfahrt, eine wichtige Rolle. Profile in Bleche werden vor allem im Metallbau und der Bauindustrie mittels Stanzen hergestellt.

Die maximalen Abmessungen beim Verfahren des Stanzens hängen natürlich mit der ausgewählten Stanz-Maschine zusammen. Eine reine Stanz-Maschine mit automatischem Fördersystem kann Blechmaße von 1250 x 2500 mm bearbeiten. Die maximale Blechdichte beträgt dabei bis zu 4 mm. Als Beispiel für das Fassungsvermögen einer Laser-Stanz-Kombinationsmaschine gelten die gleichen Blechmaße, wobei die Blechdicke beim Stanzen sowie beim Lasern bis maximal 8 mm betragen darf. Soll Edelstahl gelasert werden, darf die maximale Materialdicke bis zu 6 mm aufweisen.

Noch mehr Wissen über die Stanztechnik können Sie im Fachbuch „Spanlose Fertigung: Stanzen“ von Waldemar Hellwig nachlesen.

Außerdem ist „Faszination Blech“, herausgegeben von Dr. Nicola Leibinger-Kammüller, Vorsitzende der Gruppengeschäftsführung von Trumpf, sehr zu empfehlen.

Und jetzt sind Sie dran!

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