Maximale Blechdicke: Stahl, Edelstahl und Aluminium im Vergleich

Eine mit 1,5 mm angegebene Schere schneidet etwa 1,0 mm Edelstahl und etwa 2,2 mm Aluminium. Derselbe Nennwert steht für drei unterschiedliche Dicken. Im Datenblatt steht der Grund so unauffällig, dass ihn kaum jemand bemerkt: Neben der Kapazität erscheint „400 N/mm²“. Das ist die Festigkeit des Baustahls, auf den sich die Angabe bezieht. Mit dem Werkstoff ändert sich die Grenze, und der Umrechnungsfaktor ist beim Schneiden, Biegen und Walzrunden nicht gleich. Hier finden Sie die Faktoren, ihre Berechnung und die Grenzen ihrer Gültigkeit. Offizieller Bernardo-Vertriebspartner seit 2007.

Jede von einem europäischen Hersteller angegebene Schneid- oder Biegeleistung bezieht sich auf einen bestimmten Werkstoff. Bernardo schreibt in der technischen Tabelle: „Max. Blechstärke (400 N/mm²)“. Diese 400 N/mm² sind die Zugfestigkeit eines üblichen Baustahls, meist S235JR, der in der Werkstatt als weicher Stahl oder Schwarzblech bezeichnet wird.

Das ist keine kaufmännische Konvention, sondern die Grundlage, um Maschinen verschiedener Marken zu vergleichen. Problematisch wird es, wenn eine Werkstatt Edelstahl oder Aluminium verarbeitet und diesen Wert für universell hält.

Die zum Schneiden oder Biegen erforderliche Kraft ist proportional zur Werkstofffestigkeit. Bei einer festen Maximalkraft der Maschine ist die maximale Dicke umgekehrt proportional zur Festigkeit. Daraus folgt alles Weitere.

Berechnen Sie das Verhältnis zwischen der Werkstofffestigkeit und dem Referenzwert 400 N/mm². Teilen Sie anschließend die angegebene Dicke durch dieses Verhältnis.

Zulässige Dicke = angegebene Dicke × (400 / Rm des Werkstoffs)

AISI 304 hat eine Rm von etwa 600 N/mm². Das Verhältnis beträgt 600/400 = 1,5; die Dicke sinkt daher auf 1/1,5 = das 0,65-Fache der Angabe. Aluminium 5754 H22 liegt bei etwa 240 N/mm²: Verhältnis 0,6, Dicke das 1,65-Fache.

Diese Formel gilt für das Schneiden und Biegen. Beim Walzrunden wird anders gerechnet; dazu später mehr.

Aus den Nennwerten berechnet, mit Faktor 0,65 für Edelstahl AISI 304 und 1,5 für Aluminium der 5000er-Serie. Preise inklusive Mehrwertsteuer.

† Der Aluminiumwert ist eine Kraftgrenze, keine konstruktive Grenze. Oberhalb der Nenndicke muss der Schneidspalt nach Herstellertabelle vergrößert werden, und der Niederhalter muss das Material sicher klemmen können. Bei hydraulischen Tafelscheren begrenzt die Niederhalteröffnung die Kapazität früher als die Kraft: Die Aluminiumspalte muss für das einzelne Modell geprüft und darf nicht blind angewendet werden.

Die Edelstahlspalte bedeutet immer eine Verringerung und liegt deshalb auf der sicheren Seite. Wenn Sie hauptsächlich Edelstahl bearbeiten möchten, teilen Sie die benötigte Edelstahldicke durch 0,65: Das ergibt die im Katalog gesuchte Nennkapazität für Stahl. Für 2 mm AISI 304 sind 3 mm Nennkapazität erforderlich.

Bei einer Universal- oder Schwenkbiegemaschine gilt dieselbe Überlegung: Die Maschine erzeugt ein maximales Drehmoment an der Wange, das bei festerem Material schneller ausgeschöpft ist. Die Bernardo BB 2000 RS ist mit 0,8 mm auf 2.000 mm bei 400 N/mm² angegeben, also etwa 0,5 mm AISI 304 und etwa 1,2 mm Aluminium.

Bei einer Abkantpresse ist nicht die Dicke, sondern die Presskraft der Ausgangswert. Hier empfiehlt sich die direkte Berechnung. Die Werkstattformel lautet:

F [kN pro Meter] = 1,42 × Rm × S² / V

Dabei ist Rm die Festigkeit in N/mm², S die Dicke und V die Matrizenöffnung, jeweils in Millimetern. Als Faustregel wird V bei Materialdicken von 0,7 bis 6 mm mit der achtfachen Dicke gewählt.

Ein Meter Blech mit 2 mm Dicke benötigt auf einer V16-Matrize:

Bei gleicher Dicke beträgt der Unterschied zwischen weichem Stahl und Edelstahl 7 Tonnen pro Meter. Auf drei Meter Biegelänge sind es 21 Tonnen. Deshalb ist eine für Baustahl ausgelegte Presse beim ersten Edelstahlauftrag schnell überfordert.

Dieser Punkt wird kaum beschrieben, sollte aber verstanden werden, weil er zu einem anderen Ergebnis führt.

Beim Schneiden oder Freibiegen wird die Geometrie an die Dicke angepasst: Die Matrize wird gewechselt, der Schneidspalt eingestellt. Die Kraft wächst deshalb proportional zur Dicke, und es gilt der oben genannte Umrechnungsfaktor.

Bei einer Rundbiegemaschine ist die Geometrie dagegen fest: Der Abstand zwischen den unteren Walzen ändert sich nicht. Das erforderliche Biegemoment wächst mit dem Quadrat der Dicke, nicht linear. Der Umrechnungsfaktor ist daher die Quadratwurzel des Festigkeitsverhältnisses, und die Verringerung fällt deutlich geringer aus.

Bei einer Rundbiegemaschine kostet der Wechsel von weichem Stahl zu AISI 304 etwa 19% der Dicke, nicht 35%. Eine für 2 mm Stahl angegebene Maschine schafft etwa 1,6 mm Edelstahl, nicht 1,3 mm.

Mit der im Datenblatt angegebenen Dicke multiplizieren.

† Theoretische Werte außerhalb der mechanischen Kapazität der Maschine. Siehe unten.

Die Aussage „Ich bearbeite Edelstahl“ sagt wenig aus. Zwischen den drei in Werkstätten üblichen Familien beträgt der Festigkeitsunterschied 30%.

AISI 430 ist ferritisch, magnetisch und der am wenigsten feste der drei Werkstoffe. Er wird für Einrichtungen, Verkleidungen und Schutzhauben eingesetzt. Er kostet 35% weniger als 304 und verringert die Maschinenkapazität nur um 17%.

AISI 304 ist die Referenz: austenitisch, im geglühten Zustand nicht magnetisch und normalerweise gemeint, wenn ohne nähere Angabe von Edelstahl gesprochen wird.

AISI 316 enthält zusätzlich Molybdän für die Beständigkeit gegen Chloride. Auf der Maschine verhält er sich wie ein etwas härterer 304.

Eine Eigenschaft erfassen die Faktoren jedoch nicht: Austenitische Edelstähle verfestigen sich bei Kaltumformung. Durch Verformung werden sie härter, was praktisch zwei Folgen hat. Beim Schneiden verfestigt ein zu großer Schneidspalt den Werkstoff vor der Trennung: Es entstehen harte Grate, und die Klinge verschleißt schneller. Bei Edelstahl sollte der Spalt etwa 5% der Dicke statt der für Stahl üblichen 8% betragen. Beim Biegen ist die Rückfederung größer: AISI 304 muss einige Grad über den gewünschten Winkel hinaus gebogen werden, während die Abweichung bei weichem Stahl gering ist.

Bei Aluminium ist die Spannweite enorm. Der Werkstoffname allein sagt nichts aus.

Geglühtes 1050, nahezu reines Aluminium für Spenglerarbeiten und Verkleidungen, liegt unter 100 N/mm². Theoretisch beträgt der Faktor 4,4. Praktisch erreicht ihn keine Schere, weil die konstruktive Grenze der Maschine viel früher erreicht wird.

5754 H22, die häufigste Legierung für leichte Konstruktionen, liegt bei etwa 240 N/mm² mit Faktor 1,65. Dieser Wert wird verwendet, wenn keine weiteren Angaben vorliegen.

6082 T6, eine wärmebehandelte Konstruktionslegierung, erreicht 320 N/mm² mit Faktor 1,25. Sie erlaubt nur wenig mehr als Stahl.

Aluminiumlieferanten wissen das und vermerken die Legierung auf dem Lieferschein. Käufer achten häufig nur auf die Dicke. Vor der Maschinenwahl sollte die Legierungsbezeichnung erfragt werden: Zwischen 1050 und 6082 liegt ein Festigkeitsunterschied um den Faktor dreieinhalb.

Bei Aluminium sind außerdem zwei praktische Punkte zu beachten: Das weiche Material wird leicht unter die Klinge gezogen und bildet Grate. Der Schneidspalt muss daher vergrößert statt verkleinert werden, auf etwa 10% der Dicke. Manuelle Hebel- und Tafelscheren besitzen genau deshalb einen einstellbaren Schneidspalt.

Alle bisherigen Berechnungen betreffen die Kraft. Eine Maschine hat aber eine zweite, konstruktive Grenze, die unabhängig vom Werkstoff ist.

Bei einer Schere gibt es die Niederhalteröffnung, die das Blech vor dem Absenken der Klinge klemmen muss, und die Schneidspalteinstellung mit begrenztem Verstellbereich. Eine Biegemaschine hat eine maximale Öffnung zwischen Wange und Tisch: Bei der BB 2000 RS sind es 59 mm. Größere Werkstücke passen unabhängig vom Material nicht hinein. Bei einer Rundbiegemaschine bestimmt der Walzendurchmesser den kleinsten Biegeradius.

Merken Sie sich: Der Aluminiumfaktor gilt nur innerhalb des Einstellbereichs der Maschine. Außerhalb arbeitet die Klinge schlecht, der Schnitt wird schief und die Auflage verformt sich. Dickes Aluminium benötigt eine Maschine mit größerer Nennkapazität, nicht dieselbe Maschine jenseits ihrer Nennwerte.

Bei der Verringerung für Edelstahl stellt sich diese Frage nicht: Man bleibt stets unter der Nennkapazität und erreicht die konstruktive Grenze daher nicht.

Die technische Tabelle der Hebelscheren der HS-Serie enthält eine Fußnote: nicht über die gesamte Länge.

Die für die HS 5 angegebenen 4 mm gelten also für einen kurzen Schnittabschnitt, nicht für die gesamte 100-mm-Klinge. Die volle Dicke wird an einem schmalen Werkstück mit günstigem Hebelverhältnis erreicht. Zur Klingenspitze hin sinkt die nutzbare Dicke.

Deshalb sind eine 4-mm-Hebelschere und eine 1,5-mm-Tafelschere nicht vergleichbar: Die erste schneidet große Dicken auf kleiner Breite, die zweite geringere Dicken auf voller Breite. Zum Besäumen ganzer Bleche zählt die Schnittlänge, zum Trennen von Flach- und Rundmaterial die Dicke. Das erklärt den Preisunterschied zwischen den beiden Gruppen von €170,80 bis über €3.000.

Vier Schritte, in dieser Reihenfolge.

Erstens: Notieren Sie die vollständige Werkstoffbezeichnung. Nicht „Edelstahl“, sondern „AISI 304“; nicht „Aluminium“, sondern „5754 H22“. Ohne diese Angabe ist keine Berechnung möglich.

Zweitens: Nehmen Sie die tatsächlich benötigte Dicke und teilen Sie sie durch den Tabellenfaktor. Das Ergebnis ist die im Katalog gesuchte Nennkapazität für weichen Stahl.

Drittens: Prüfen Sie Nutzlänge und Öffnung. Dies sind eigenständige Grenzen, die nicht umgerechnet werden können.

Viertens: Fragen Sie nach, wenn Sie nahe an der Grenze liegen. Liegt das Ergebnis innerhalb von 10% des Nennwerts, sollte der Hersteller bestätigen, dass die Maschine diese Belastung dauerhaft und nicht nur kurzzeitig bewältigt. Unter 0825-1494022 führen wir diese Prüfung täglich durch. Für das Biegen beginnen Sie bei den Blechbiegemaschinen, für Rundungen bei den Rundbiegemaschinen und für große Dicken bei den hydraulischen Tafelscheren.

Was bedeutet 400 N/mm² im Datenblatt einer Schere?
Es ist die Zugfestigkeit des Werkstoffs, auf den sich die Nennkapazität bezieht: ein Baustahl wie S235, in der Werkstatt als weicher Stahl oder Schwarzblech bekannt. Alle europäischen Hersteller verwenden diese Referenz, damit Maschinen verschiedener Marken vergleichbar bleiben.

Wie viel Dickenkapazität verliere ich bei Edelstahl?
Beim Schneiden und Biegen von AISI 304 mit 600 N/mm² etwa 35%. Eine 1,5-mm-Schere sinkt auf 1,0 mm, eine 4-mm-Schere auf 2,6 mm. Bei AISI 430 beträgt der Verlust nur 17%, weil er weniger fest als 304 ist.

Wie viel gewinne ich bei Aluminium?
Das hängt von der Legierung ab. Bei 5754 H22, der häufigsten Legierung für leichte Konstruktionen, sind es etwa 65% mehr. Bei der Konstruktionslegierung 6082 T6 nur 25%. Der Zugewinn gilt nur innerhalb der Einstellbereiche von Schneidspalt und Niederhalteröffnung.

Warum ist der Faktor beim Walzrunden anders?
Weil die Geometrie fest ist: Der Walzenabstand ändert sich nicht mit der Dicke. Das erforderliche Moment wächst deshalb quadratisch statt linear mit der Dicke. Der Faktor wird zur Quadratwurzel des Festigkeitsverhältnisses, und der Verlust bei Edelstahl sinkt von 35% auf 19%.

Welche Maschine schneidet 2 mm Edelstahl?
Eine mit mindestens 3 mm Nennkapazität für weichen Stahl, denn 3 × 0,65 ergibt 1,95. Im Sortiment bedeutet das hydraulische Tafelscheren wie die HST 1300 × 4: 4 mm Nennkapazität entsprechen 2,6 mm AISI 304 auf 1.300 mm Länge.

Muss der Schneidspalt an den Werkstoff angepasst werden?
Ja, diese Einstellung beeinflusst die Schnittqualität am stärksten. Als Richtwerte gelten 5% der Dicke bei Edelstahl, 8% bei weichem Stahl und 10% bei Aluminium. Ein zu großer Spalt verfestigt Edelstahl vor der Trennung und hinterlässt einen harten Grat, der von Hand entfernt werden muss.

Wie viele Tonnen werden zum Biegen von Edelstahl benötigt?
Ein Meter AISI 304 mit 2 mm Dicke benötigt auf einer V16-Matrize etwa 21 Tonnen, gegenüber 14,2 Tonnen bei gleich dickem weichem Stahl. Die Formel lautet 1,42 × Rm × Dicke² geteilt durch die Matrizenöffnung; das Ergebnis wird in kN pro Meter angegeben.

Was bedeutet „nicht über die gesamte Länge“ bei Hebelscheren?
Die maximale Nenndicke wird an einem schmalen Werkstück mit günstigstem Hebelverhältnis erreicht, nicht über die ganze Klinge. Eine HS 5 erreicht ihre 4 mm auf wenigen Zentimetern, nicht auf den nominellen 100 mm Schnittlänge.

Wie verhalten sich Kupfer und Messing?
Geglühtes Kupfer liegt bei etwa 230 N/mm². Es verhält sich wie Aluminium für leichte Konstruktionen und erlaubt etwa 70% mehr Dicke als weicher Stahl. Halb hartes Messing CuZn37 erreicht dagegen 400 N/mm² und entspricht genau dem Referenzstahl, ohne Kapazitätsgewinn.