Umformtechnik ist die Hauptgruppe 2 der DIN 8580: Ein fester Körper bekommt durch plastisches Verformen eine neue Form, Masse und Stoffzusammenhalt bleiben erhalten, es wird nichts abgetragen und nichts hinzugefügt. Die DIN 8582 teilt die Verfahren nach dem Spannungszustand im Werkstück in fünf Gruppen, geregelt in DIN 8583 bis DIN 8587. Isolierstoffe federn beim Biegen weit stärker zurück als Blech, weil das Verhältnis von Streckgrenze zu E-Modul bei PET-Folie rund 20- bis 30-mal höher liegt als bei Stahl. Deshalb wird Isolierfolie gerillt, gefalzt oder warm geformt, nicht abgekantet. Dieser Beitrag erklärt die Normsystematik, die Physik der Rückfederung und die Verfahren, mit denen GOBA Stanz- und Biegeteile aus Isolierstoffen fertigt: Falzkanten im selben Stanzhub vorgeprägt, Isolierteile von 0,023 bis 3,0 mm Dicke in Formaten bis 1.000 x 2.000 mm, komplexe Geometrien unter Wärme verformt.
Massivumformung oder Blechumformung: wo Isolierstoffe in der Systematik stehen
In der Ordnung der DIN 8580 hat das Umformen zwei Nachbarn, die sich am Zusammenhalt des Werkstoffs unterscheiden: Urformen erzeugt ihn erst, etwa beim Gießen oder Extrudieren, Trennen hebt ihn örtlich auf, etwa beim Stanzen. Die vollständige Ordnung der sechs Hauptgruppen steht im Beitrag zur DIN 8580.
Innerhalb der Hauptgruppe 2 unterscheidet die Fachwelt zwei Familien. Die Massivumformung bearbeitet Werkstücke, die in allen drei Richtungen ähnlich groß sind, also Schmiedeteile, Strangpressprofile und Walzgut. Die Blechumformung bearbeitet Flachmaterial mit gleichbleibender Wanddicke, das gebogen, gezogen oder geprägt wird. Alles, was wir bei GOBA umformen, gehört in die zweite Familie: Folien, Papiere und Laminate mit Dicken von 0,023 bis 3,0 mm, die vor dem Umformen als Bahn oder Format vorliegen.
Die fünf Gruppen der Umformverfahren nach DIN 8582
Die DIN 8582 ist die Rahmennorm der Hauptgruppe 2. Sie sortiert die Umformverfahren nach der Beanspruchung, die die Umformung vorwiegend bewirkt. Daraus entstehen fünf Gruppen mit je einer eigenen Folgenorm. Eine sechste Gruppe gibt es nicht; das gelegentlich genannte Freiformschmieden ist ein Verfahren des Druckumformens.
| Nr. | Gruppe | Norm | Vorherrschende Beanspruchung | Beispielverfahren | Bei Isolierstoffen |
|---|---|---|---|---|---|
| 2.1 | Druckumformen | DIN 8583 | Druck | Walzen, Gesenkschmieden, Strangpressen, Eindrücken (Prägen) | Rillen und Prägen von Sicken, Vorprägen von Falzkanten |
| 2.2 | Zugdruckumformen | DIN 8584 | Zug und Druck aus verschiedenen Richtungen | Tiefziehen, Durchziehen, Drücken, Kragenziehen | Tiefziehen von Folienkappen unter Wärme |
| 2.3 | Zugumformen | DIN 8585 | Zug | Längen, Weiten, Tiefen (Streckziehen) | Vorstrecken beim Thermoformen |
| 2.4 | Biegeumformen | DIN 8586 | Biegung | Freibiegen, Gesenkbiegen, Schwenkbiegen, Rundbiegen, Bördeln | Falzen, Biegen, Bördeln des Kragens an Nutisolationen |
| 2.5 | Schubumformen | DIN 8587 | Schub | Verschieben, Verdrehen | kommt bei Flachmaterial praktisch nicht vor |
Die DIN 8586 unterteilt das Biegeumformen weiter nach der Werkzeugbewegung: geradlinig wie beim Freibiegen, drehend wie beim Schwenkbiegen. Für Isolierteile aus Flachmaterial ist diese Gruppe die wichtigste der fünf, die Gruppe 2.1 kommt als Rillen und Prägen hinzu, die Gruppen 2.2 und 2.3 nur beim Warmformen räumlicher Teile.
Wie Umformen physikalisch funktioniert: Fließgrenze, Dehnung und Rückfederung
Jeder feste Werkstoff verformt sich unter Last zunächst elastisch. Nimmt man die Last weg, geht er in seine Ausgangsform zurück. Erst oberhalb der Fließgrenze, bei Metallen Streckgrenze genannt, beginnt die plastische Verformung, die bleibt. Umformen bedeutet deshalb, den Werkstoff gezielt über seine Fließgrenze zu bringen, ohne die Bruchdehnung zu erreichen. Der Spielraum zwischen diesen beiden Werten ist die Umformbarkeit: Ein Werkstoff mit niedriger Fließgrenze und hoher Bruchdehnung lässt sich leicht umformen, ein spröder Werkstoff mit kleinem Abstand zwischen beiden reißt vorher.
Beim Biegen wird die Außenseite der Biegung gedehnt, die Innenseite gestaucht. Dazwischen liegt die neutrale Faser, die ihre Länge behält. Nach dem Öffnen des Werkzeugs bleibt der plastische Anteil der Verformung stehen, der elastische Anteil kehrt zurück. Dieses Zurückkehren heißt Rückfederung, und es verschiebt den Winkel jedes gebogenen Teils. Wie stark, hängt an einem einzigen Verhältnis: der Fließgrenze geteilt durch den E-Modul.
| Werkstoff | E-Modul | Fließgrenze | Verhältnis Fließgrenze zu E-Modul | Rechnerische Rückfederung bei 90°, Innenradius gleich Dicke |
|---|---|---|---|---|
| Baustahl S235 | rund 210.000 MPa | 235 MPa | rund 0,001 | rund 0,5° |
| PET-Folie, biaxial gereckt | rund 3.500 MPa | rund 100 MPa | rund 0,03 | rund 10° |
Die Rechnung nutzt den Rückfederungsfaktor der Blechumformung, k gleich 1 durch 1 plus 3 mal (Fließgrenze durch E-Modul) mal (Innenradius durch Dicke plus 0,5), wie ihn Handbücher zur Umformtechnik angeben. Für Kunststoffe liefert sie nur eine Größenordnung, weil Polymere zusätzlich zeitabhängig kriechen. Die Größenordnung genügt, um das Kernproblem zu sehen: Ein 90°-Winkel in Stahl bleibt beim Freibiegen fast stehen, derselbe Winkel in einer PET-Folie öffnet sich um zweistellige Gradzahlen. Der E-Modul der Folie stammt aus dem Datenblatt der Mylar A in 0,25 mm (3,5 GPa nach DuPont Teijin Films), die Streckgrenze ist ein Bereichswert.
Kalt-, Halbwarm- und Warmumformen
Bei Metallen setzt die Norm die Grenze über die Rekristallisationstemperatur. Kaltumformen läuft darunter, meist bei Raumtemperatur, und verfestigt den Werkstoff. Warmumformen läuft darüber, bei Stahl bis rund 1.200 °C, das Gefüge bildet sich während der Umformung neu. Halbwarmumformen liegt bei Stahl zwischen 500 und 900 °C und verbindet die Maßhaltigkeit des Kaltumformens mit niedrigeren Umformkräften.
Bei Thermoplasten gibt es keine Rekristallisation. An ihre Stelle treten der Glasübergang, ab dem die Molekülketten beweglich werden, und der Kristallitschmelzpunkt, ab dem der Werkstoff fließt. Bei PET liegt der Glasübergang bei rund 70 °C, der Schmelzpunkt bei 250 bis 260 °C. Dazwischen liegt das gummielastische Fenster, in dem Warmformen funktioniert; Herstellerleitfäden nennen für PETG-Platten 140 bis 170 °C. Wer eine teilkristalline Folie zu kalt umformt, friert Restspannungen ein, die sich bei der nächsten Erwärmung im Motor lösen: Das Teil stellt sich zurück. Eine gereckte PET-Folie bringt zusätzlich ihren Schrumpf mit, bei Mylar A rund 1,5 % nach 30 Minuten bei 150 °C. Duroplaste haben kein solches Fenster und lassen sich gar nicht umformen; den Unterschied im Aufbau erklärt der Beitrag zu Thermoplasten.
Umformtechnik für Isolierstoffe: warum Folie und Papier anders reagieren als Blech
Ein Blech fließt an der Biegekante plastisch und bleibt dort. Ein Isolierstoff tut das nur unter Bedingungen, und welche das sind, hängt an seiner Werkstofffamilie. Thermoplastische Folien speichern die Verformung elastisch und federn zurück. Faserwerkstoffe wie Aramidpapier und Pressspan verformen sich plastisch, brechen aber an der Faser, wenn der Radius zu eng wird. Duroplastische Laminate verformen sich gar nicht plastisch. Diese drei Verhaltensweisen bestimmen, welches Verfahren aus der DIN 8582 überhaupt infrage kommt.
| Isolierstoff | Verhalten beim Umformen | Geeignetes Verfahren | Grenze |
|---|---|---|---|
| Polyesterfolie (Hostaphan, Mylar) | starke Rückfederung, Schrumpf rund 1,5 % bei 150 °C | Rillen, Falzen mit Überbiegung, Warmformen | Kanten bleiben nur mit Rille oder Wärme formstabil |
| Polyimidfolie (Kapton) | zäh, hohe Bruchdehnung, kein Schmelzpunkt | Falzen und Rillen, auch enge Radien | Warmformen entfällt, die Folie erweicht nicht |
| Aramidpapier (Nomex 410) | anisotrop, Dehnung 16 bis 22 % längs, 13 bis 18 % quer zur Faser | Falzen und Bördeln entlang der Faser, Radius ab dem Fünffachen der Dicke | bricht quer zur Faser bei zu engem Radius |
| Pressspan | steif, wird mit Feuchte biegsamer | Falzen, Prägen, Rillen | keine tiefen Züge, bricht trocken an der Kante |
| Laminate DMD, NMN, NKN | folgen dem schwächsten Partner im Verbund | Rillen, Falzen | Außenlage spaltet sich bei zu engem Radius ab |
| Duroplast-Laminate (Hartpapier, Hartgewebe, GFK), Glimmer, Glasgewebe | keine plastische Dehnung | nur Trennen: Stanzen, Schneiden | nicht umformbar |
Biegen von Isolierfolie: Rille und Falz statt Abkanten
Weil eine Folie beim freien Biegen zurückfedert, bereiten wir die Kante vor, statt sie zu erzwingen. Eine Rille drückt den Querschnitt auf der Biegelinie gezielt zusammen, das ist Druckumformen nach DIN 8583. Das Teil knickt dann genau dort, der Radius liegt fest, und die Rückfederung sinkt, weil der Querschnitt an der Rille plastisch verdichtet ist. Vier Wege senken die Rückfederung zusätzlich, und in der Serie werden sie kombiniert:
- Überbiegen, also den Werkzeugwinkel enger stellen, als die Zeichnung verlangt
- Nachdrücken in der Biegezone, das die Kante plastisch prägt
- Verweilzeit im Werkzeug, weil Polymere unter Last relaxieren
- Wärme, die die Molekülketten beweglich macht und die Form einfriert
Die Rille hat einen Preis. Sie dünnt den Werkstoff an der Kante aus, und damit sinkt dort die Durchschlagfestigkeit. Eine gerillte Kante gehört deshalb an den Rand des Teils oder in eine Zone, in der die Isolationsstrecke mehrlagig ist, nie in die Hauptisolationsstrecke. Welcher Radius für welchen Werkstoff mindestens nötig ist, steht im Beitrag zum Mindestbiegeradius, wie die fertigen Biegeteile vermessen werden, im Artikel dazu. Ein Hinweis zur Begriffsverwirrung: Die Biegelinie ist in der Fertigung die markierte Linie, an der gekantet wird; in der technischen Mechanik beschreibt die Biegelinie die Durchbiegung eines Balkens.
Die Faserrichtung entscheidet bei Papieren über die Kante
Aramidpapier und Pressspan entstehen auf einer Papiermaschine, und ihre Fasern liegen bevorzugt in Maschinenrichtung. Das Datenblatt zu Nomex 410 zeigt, wie groß der Unterschied ist: In 0,25 mm trägt das Papier längs 296 N/cm und quer 161 N/cm, die Dehnung liegt längs bei 22 % und quer bei 18 %, die Weiterreißkraft ist quer zur Faser rund doppelt so hoch wie längs. Der Hersteller weist selbst darauf hin, dass die Orientierung des Papiers je Anwendung zu wählen ist.
Für das Falzen heißt das: Eine Kante parallel zur Faser hält, dieselbe Kante quer zur Faser reißt bei engem Radius auf. Sobald ein Teil mehr als eine Biegekante hat, gehört die Laufrichtung auf die Zeichnung. Fehlt sie, legen wir sie beim Zuschnitt so, dass die Hauptbiegung günstig liegt, und dokumentieren das im Muster. Feuchte hilft bei Faserwerkstoffen: Nomex 410 gewinnt mit steigender Luftfeuchte an Dehnung und Weiterreißfestigkeit, Pressspan wird biegsamer. Ein knochentrocken gelagertes Papier bricht an der Kante, wo dasselbe Papier im Normalklima hält.
Prägen, Tiefziehen und Thermoformen von Folien
Prägen ist Druckumformen: Ein Stempel drückt Sicken, Rippen oder Positionierhilfen in die Fläche, das Teil wird steifer, ohne dicker zu werden. Tiefziehen und Thermoformen gehören zum Zugdruck- und Zugumformen und laufen bei Folien unter Wärme. Die erwärmte Folie wird durch Vakuum mit rund 1 bar oder mit Druckluft von 7 bis 10 bar an die Form gelegt. Drei Effekte bestimmen das Ergebnis, und alle drei stehen selten auf der Zeichnung:
- Die Wand wird dünner, weil sich das Material auf die größere Fläche des Formteils verteilt. Wer an der tiefsten Stelle eine bestimmte Isolierdicke braucht, wählt die Ausgangsdicke entsprechend höher.
- Das Teil schwindet beim Abkühlen, bei thermoplastischen Halbzeugen um 1 bis 3 %, vor allem in Reckrichtung. Das Werkzeugmaß ist deshalb nie das Teilemaß.
- Enge Kantenradien reißen. Beim Warmbiegen von Platten gilt als Untergrenze etwa die doppelte Wanddicke, bei Ecken je nach Werkstoff das Ein- bis Dreifache.
Bei gereckter PET-Folie kommt eine Besonderheit hinzu. Ihre Festigkeit stammt aus der biaxialen Reckung, die bei 200 bis 230 °C thermofixiert wurde. Warmformen muss oberhalb des Glasübergangs bleiben, aber unterhalb des Bereichs, in dem diese Reckung zurückgeht. Was daraus entsteht, sind Kappen, Wannen und Schalen, die der Beitrag zu Formteilen beschreibt; wie viel Dicke an der Ziehstelle übrig bleiben muss, ordnet der Beitrag zur Werkstoffdicke ein.
Welche Umformverfahren GOBA für Isolierteile einsetzt
Wir formen Isolierstoffe seit 1959, und die Verfahren dafür sind eine kleine Auswahl aus der DIN 8582. Das Werkzeug, das die Kontur stanzt, prägt bei uns im selben Hub die Falzkanten vor; das gilt für den kostengünstigen Bandstahlschnitt ebenso wie für das Vollstahlwerkzeug, das wir bei engen Toleranzen und hohen Stückzahlen einsetzen. Die Details zu Werkzeugen und Ablauf stehen unter Stanzen und Formen.
| Verfahren bei GOBA | Gruppe nach DIN 8582 | Typische Werkstoffe | So läuft es in der Fertigung |
|---|---|---|---|
| Rillen und Vorprägen von Falzkanten | 2.1 Druckumformen | Polyesterfolie, Laminate, Pressspan | im selben Stanzhub wie die Kontur, Bandstahlschnitt oder Vollstahlwerkzeug |
| Falzen und Biegen | 2.4 Biegeumformen | Pressspan, Aramidpapier, Laminate | Winkel wird am Muster über die Rückfederung eingestellt, Lieferform planliegend oder vorgebogen |
| Bördeln | 2.4 Biegeumformen | Aramidpapier, Laminate, Polyesterfolie | Kragen an Nutisolationen, die das Teil in der Nut sichern |
| Prägen von Sicken und Strukturen | 2.1 Druckumformen | Polyesterfolie, Pressspan | Versteifung und Positionierhilfe, gleichmäßige Prägung über die Lebensdauer |
| Warmverformen komplexer Geometrien | 2.2 und 2.3 unter Wärme | Polyesterfolie, Laminate | Einpassung in das Blechpaket des Kunden, Oberfläche und Struktur bleiben unbeschädigt |
Die Grenzen unserer Fertigung liegen bei 0,023 bis 3,0 mm Materialdicke und 1.000 x 2.000 mm Format. Verarbeitet werden Hostaphan und Mylar, Nomex, Kapton, Pressspan, die Laminate DMD und NMN sowie Glasfaser- und Glimmerprodukte; die Übersicht dazu steht unter Isoliermaterialien. Geliefert wird planliegend, vorgebogen, selbstklebend oder als Kiss-Cut auf Trägerliner, auf Wunsch gestapelt oder paketiert, in einzelnen Projekten mit Marker-Linien, an denen die Sensorik in der Kundenmontage das Teil erkennt. Die fertigen Stanz- und Biegeteile gehen in Elektromotoren, Batteriemodule, Gerätebau und Lüftungstechnik.
Genauso klar sind die Grenzen. Massivumformung und Blechumformung bieten wir nicht an, wer Kantteile aus Stahl sucht, braucht eine Blechbearbeitung. Duroplast-Laminate wie Hartpapier und Hartgewebe sowie Glimmer- und Glasgewebeprodukte werden bei uns gestanzt oder geschnitten, aber nie gebogen, weil ihre vernetzte Struktur keine plastische Dehnung zulässt und an der Kante bricht. Polyimidfolie falzen wir kalt, ein Warmformen entfällt, weil der Werkstoff keinen Erweichungsbereich hat.
Kann man Isolierfolie überhaupt maßgenau biegen?
Der Einwand aus der Konstruktion lautet: Ein Werkstoff, der um zehn Grad zurückfedert, taugt nicht für einen tolerierten Winkel. Die Antwort ist ja, mit zwei Bedingungen. Erstens entsteht der Winkel über eine Musterschleife, in der das Werkzeug so weit überbiegt, bis das Teil nach dem Rückfedern im Maß liegt; diese Einstellung wird am Muster gefunden, nicht berechnet. Zweitens braucht ein weiches Teil ein vereinbartes Messverfahren, weil es unter Anpressdruck anders liegt als frei. Wir messen Winkel ohne Anpressdruck und prüfen Serienteile in einer Lehre, in die das Teil passen muss. Zum Vergleich: Anbieter geformter Nutisolationen nennen in ihren Datenblättern Breitentoleranzen von plus minus 0,2 bis 0,5 mm und Längentoleranzen von plus minus 1 bis 2 mm. Das ist die realistische Größenordnung für gefalzte Teile aus 0,2 bis 0,6 mm dickem Material, enger wird es nur mit Rille, Prägung oder Wärme.
Der zweite Einwand kommt aus dem Einkauf: Warum nicht flach liefern und beim Kunden falten. Unsere Empfehlung ist eindeutig. Die Kante gehört ins Werkzeug, weil nur dort Rille, Radius und Winkel reproduzierbar entstehen. Eine von Hand gefaltete Folie knickt, wo der Monteur ansetzt, der Radius ist undefiniert, und genau dort sinkt die Durchschlagfestigkeit unkontrolliert. Dazu kommt die Montagezeit pro Teil. Eine Ausnahme planen wir mit: Wenn ein vorgebogenes Teil so sperrig ist, dass es im Transport Schaden nimmt, liefern wir es planliegend mit vorgeprägter Rille. Das Aufrichten beim Kunden ist dann ein Handgriff an einer definierten Linie, kein freies Biegen. In allen anderen Fällen liefern wir die Isolierteile und Formteile fertig geformt und in das Blechpaket eingepasst.
Umformen oder Trennen: wo Stanzen aufhört und Umformen beginnt
In Anfragen werden Stanzen und Umformen oft in einem Atemzug genannt, in der Norm liegen sie zwei Hauptgruppen auseinander. Stanzen ist Trennen, genauer Scherschneiden mit der Ordnungsnummer 3.1.1: Der Zusammenhalt wird entlang der Kontur aufgehoben. Die Rille im selben Werkzeug ist Umformen nach 2.1, der spätere Falz Umformen nach 2.4. Ein Stanz- und Biegeteil berührt mit einem Hub zwei Hauptgruppen, deshalb beschreibt die Zeichnung beides getrennt: die Kontur mit ihrer Toleranz, die Kante mit Radius, Winkel und Laufrichtung. Was auf die Zeichnung eines flachen Teils gehört, steht im Beitrag zu Stanzteilen.
Ein Sonderfall zeigt, wie eng die Hauptgruppen zusammenliegen. Wird ein Kragen umgebördelt, um das Teil in der Nut zu halten, ist das Biegeumformen. Verbindet derselbe Bördelvorgang zwei Teile miteinander, zählt er als Fügen durch Umformen nach DIN 8593-5, das der Beitrag zur Fügetechnik einordnet. Die Norm fragt nach dem Ergebnis für den Zusammenhalt, nicht nach der Bewegung.
GOBA Fazit
Umformtechnik ist in der Norm eine Sache des Spannungszustands, in der Fertigung eine Sache des Werkstoffs. Die fünf Gruppen der DIN 8582 gelten für Folie wie für Blech, aber Folie und Papier bringen drei Eigenheiten mit, die Blech nicht hat: eine 20- bis 30-mal höhere Rückfederung, eine Faserrichtung, die über Halten oder Reißen entscheidet, und ein enges Temperaturfenster beim Warmformen. Wer das kennt, rillt statt abzukanten, legt die Laufrichtung fest und plant die Musterschleife für den Winkel ein.
Wir formen Isolierteile aus Polyesterfolie, Aramidpapier, Pressspan und Laminaten von 0,023 bis 3,0 mm Dicke und sagen Ihnen vor der Konstruktionsfreigabe, welche Kante in welchem Werkstoff hält. Schicken Sie uns die Zeichnung mit Radius, Winkel und Laufrichtung, oder lassen Sie uns diese drei Angaben vorschlagen. Daraus entstehen bei uns gerillte, gefalzte und warm geformte Stanz- und Biegeteile aus Isoliermaterial.
