Nibbelverfahren

Nibbelverfahren – Konturen durch überlappende Stanzhübe

Das Nibbelverfahren ist ein mechanisches Trennverfahren zur Herstellung von Ausschnitten, Schlitzen sowie geraden und gekrümmten Konturen. Das Material wird nicht in einem einzigen Arbeitsgang entlang der gesamten Kontur getrennt. Stattdessen erzeugt ein Stanzwerkzeug viele schnell aufeinanderfolgende und teilweise überlappende Einzelhübe.

Auf diese Weise können auch Konturen hergestellt werden, die deutlich größer oder komplexer als das verwendete Stanzwerkzeug sind. Das Verfahren wird vor allem in der Blechbearbeitung eingesetzt. Ein vergleichbares Bearbeitungsprinzip findet sich außerdem bei der Herstellung schmaler Langlöcher in Leiterplatten.

Was bedeutet Nibbeln?

Beim Nibbeln bewegt sich ein Stempel wiederholt auf und ab. Das Werkstück oder das Werkzeug wird zwischen den einzelnen Hüben seitlich entlang der programmierten Kontur verschoben.

Jeder Stanzhub trennt einen kleinen Teil des Materials heraus. Da sich die einzelnen Ausschnitte überschneiden, entsteht schrittweise eine zusammenhängende Schnittspur.

Das Nibbeln kann deshalb als fortgesetztes beziehungsweise überlappendes Stanzen verstanden werden.

Einordnung als Fertigungsverfahren

Das klassische Nibbeln von Blech gehört zur Gruppe der mechanischen Trennverfahren. Die eigentliche Materialtrennung erfolgt durch Scherschneiden.

Stempel und Matrize bewegen sich nicht vollständig aneinander vorbei. Stattdessen fährt der Stempel durch das Werkstück in die Öffnung der Matrize. Zwischen den Schneidkanten befindet sich ein definierter Abstand, das sogenannte Schnittspiel.

Während des Hubes wird das Material zunächst elastisch und plastisch verformt. Anschließend beginnt der Schervorgang. Die verbleibende Materialzone bricht, und das abgetrennte Materialstück wird durch die Matrize ausgestoßen.

Ablauf des Nibbelverfahrens

Ein vollständiger Arbeitszyklus besteht aus mehreren Schritten:

1. Das Werkstück wird zwischen Stempel und Matrize positioniert.
2. Ein Niederhalter oder Abstreifer fixiert das Material.
3. Der Stempel bewegt sich nach unten.
4. Das Material wird zwischen Stempel und Matrize getrennt.
5. Der Stempel fährt wieder nach oben.
6. Der Abstreifer verhindert, dass das Blech am Stempel haften bleibt.
7. Werkstück oder Werkzeug werden um einen kleinen Weg weiterbewegt.
8. Der nächste Stanzhub überschneidet sich teilweise mit dem vorherigen.
9. Die einzelnen Ausschnitte verbinden sich zu einer durchgehenden Kontur.

Bei CNC-gesteuerten Maschinen werden Werkzeugbewegung, Hubfolge und Vorschub automatisch aus den programmierten Konturdaten erzeugt.

Aufbau eines Nibbelwerkzeugs

Ein typisches Nibbelwerkzeug besteht aus mehreren Komponenten.

Stempel

Der Stempel bewegt sich auf und ab und dringt bei jedem Hub in das Werkstück ein. Seine Form bestimmt die Geometrie des einzelnen Materialausschnitts.

Matrize

Die Matrize befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite des Werkstücks. Ihre Öffnung nimmt den Stempel und das abgetrennte Material auf.

Abstreifer

Der Abstreifer hält das Blech während der Bearbeitung nieder. Beim Rückhub löst er das Werkstück vom Stempel.

Werkzeugführung

Die Führung sorgt dafür, dass Stempel und Matrize präzise zueinander ausgerichtet bleiben. Seitlicher Versatz kann zu erhöhtem Verschleiß oder Werkzeugbruch führen.

Maschinenantrieb

Der Antrieb erzeugt die wiederkehrende Hubbewegung. Moderne CNC-Stanzmaschinen können sehr schnelle Hubfolgen mit einer präzisen Positionierung des Blechs kombinieren.

Werkzeugformen beim Nibbeln

Für das Nibbelverfahren werden unterschiedliche Stempelformen eingesetzt.

Rundstempel

Runde Werkzeuge eignen sich besonders für gekrümmte Konturen und enge Richtungsänderungen. Durch ihre rotationssymmetrische Form können sie in jede Vorschubrichtung schneiden.

Vierkant- und Rechteckstempel

Vierkantige oder rechteckige Werkzeuge sind für gerade Schnittlinien und größere Materialabträge geeignet. Ihre Ausrichtung muss jedoch zur programmierten Kontur passen.

Sonderformen

Für wiederkehrende Konturen können speziell geformte Werkzeuge verwendet werden. Dadurch lassen sich Hubzahl und Bearbeitungszeit reduzieren.

Die optimale Werkzeugform hängt von Materialdicke, Kontur, gewünschter Schnittqualität und verfügbarer Maschine ab.

Überlappung und Vorschubweg

Der Abstand zwischen zwei Stanzhüben ist ein entscheidender Prozessparameter. Ist der Vorschubweg kleiner als die wirksame Werkzeugbreite, überschneiden sich die einzelnen Ausschnitte.

Eine stärkere Überlappung führt normalerweise zu:

• einer gleichmäßigeren Schnittkante,
• geringeren sichtbaren Übergängen,
• einer höheren Anzahl an Stanzhüben,
• längerer Bearbeitungszeit,
• erhöhtem Werkzeugverschleiß.

Eine geringere Überlappung ermöglicht:

• höhere Vorschubgeschwindigkeiten,
• kürzere Bearbeitungszeiten,
• weniger Stanzhübe,
• jedoch eine stärker segmentierte Schnittkante.

Der passende Wert ist ein Kompromiss aus Kantenqualität, Produktivität und Werkzeugstandzeit.

Bedeutung des Schnittspiels

Als Schnittspiel wird der Abstand zwischen den Schneidkanten von Stempel und Matrize bezeichnet. Es muss zum Werkstoff und zur Materialdicke passen.

Ein zu kleines Schnittspiel kann folgende Auswirkungen haben:

• erhöhte Stanzkraft,
• stärkere Werkzeugbelastung,
• beschleunigter Verschleiß,
• Materialanhaftungen,
• Gefahr eines Werkzeugbruchs.

Ein zu großes Schnittspiel kann dagegen verursachen:

• stärkere Gratbildung,
• größere Bruchzonen,
• ungenauere Konturen,
• stärkere Materialverformung.

Das Schnittspiel gehört daher zu den wichtigsten Einstellgrößen beim Stanzen und Nibbeln.

Entstehung der Schnittkante

Eine mechanisch gestanzte Schnittkante besteht üblicherweise aus mehreren Bereichen:

1. Einzugs- beziehungsweise Kanteneinzug,
2. Glattschnittzone,
3. Bruchzone,
4. Austrittsgrat.

Beim Nibbeln kommen zusätzlich die sichtbaren Übergänge zwischen den einzelnen Stanzhüben hinzu. Diese können als kleine Bögen oder Wellen entlang der Kontur erkennbar sein.

Die Ausprägung hängt unter anderem von Werkzeugform, Überlappung, Schnittspiel, Werkzeugschärfe und Blechdicke ab.

Vorteile des Nibbelverfahrens

Das Nibbelverfahren besitzt insbesondere bei der flexiblen Blechbearbeitung mehrere Vorteile:

• Herstellung gerader und gekrümmter Konturen,
• keine thermische Beeinflussung des Werkstoffs,
• keine Wärmeeinflusszone,
• keine durch den Trennprozess verursachte Oxidschicht,
• hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit,
• vergleichsweise geringe Vorschubkraft,
• flexible Konturführung,
• keine besondere Einstichstelle erforderlich,
• gute Eignung für Einzelteile und kleine Serien,
• Kombination mit weiteren Stanz- und Umformoperationen möglich.

Da das Verfahren mechanisch arbeitet, entstehen weder ein Laserstrahl noch ein thermisch erzeugter Funkenflug.

Nachteile und Grenzen

Trotz seiner Flexibilität besitzt das Nibbeln auch Einschränkungen:

• segmentierte beziehungsweise gewellte Schnittkante,
• mögliche Gratbildung,
• hohe Geräuschentwicklung,
• Werkzeugverschleiß durch zahlreiche Hübe,
• Entstehung kleiner Stanzabfälle,
• mögliche Blechverformung,
• begrenzte Materialdicke,
• geringere Konturfreiheit als beim Laserschneiden,
• mögliche Nachbearbeitung der Schnittkante.

Bei sehr hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität kann Schleifen, Entgraten oder eine andere Nachbearbeitung erforderlich sein.

Geeignete Werkstoffe

Das Nibbelverfahren wird überwiegend für plattenförmige metallische Werkstoffe verwendet.

Dazu gehören:

• Stahlblech,
• Edelstahlblech,
• Aluminiumblech,
• Kupferblech,
• Messingblech,
• verzinkte Bleche,
• beschichtete Feinbleche.

Werkstofffestigkeit, Härte, Beschichtung und Blechdicke beeinflussen die notwendige Stanzkraft und die erreichbare Werkzeugstandzeit.

Weiche Werkstoffe können zu Materialanhaftungen und Aufbauschneiden am Stempel neigen. Hochfeste Werkstoffe erhöhen dagegen die mechanische Belastung des Werkzeugs.

Typische Anwendungen

Nibbeln wird in zahlreichen Bereichen der Metallverarbeitung eingesetzt:

• Herstellung von Schaltschrankausschnitten,
• Öffnungen für Lüfter und Bedienelemente,
• Karosserie- und Fahrzeugbau,
• Klima- und Lüftungstechnik,
• Behälter- und Apparatebau,
• Dach- und Fassadenarbeiten,
• Reparatur- und Montagearbeiten,
• Ausschnitte in Profilblechen,
• Innenkonturen in Gehäusen,
• Prototypen und Kleinserien.

Handgeführte Nibbler werden häufig auf Baustellen oder bei Anpassungsarbeiten eingesetzt. CNC-gesteuerte Stanzmaschinen übernehmen die automatisierte Fertigung komplexerer Konturen.

Nibbeln in der Leiterplattenbearbeitung

Auch bei Leiterplatten wird der Begriff Nibbeln verwendet. Dabei erfolgt die Materialtrennung allerdings nicht zwingend mit einem klassischen Stempel-Matrizen-System.

Schmale Langlöcher können durch viele überlappende Bohrungen hergestellt werden. Ein spezieller Nibbelbohrer erzeugt zunächst eine vollständige Bohrung und wird anschließend schrittweise entlang der Langlochachse versetzt.

Die einzelnen Bohrungen verbinden sich zu einem durchgehenden Schlitz. Dieses Verfahren eignet sich besonders für sehr schmale Langlöcher, bei denen ein entsprechend dünner Fräser nicht ausreichend stabil wäre.

Weitere Einzelheiten beschreibt der Wiki-Artikel „Nibbelbohrer – präzise Langlöcher in Leiterplatten herstellen“.

Nibbeln, Stanzen, Fräsen und Laserschneiden im Vergleich

Merkmal	Stanzen	Nibbeln	Fräsen	Laserschneiden
Trennprinzip	einzelner Stanzhub	überlappende Stanzhübe	spanende Bearbeitung	thermische Bearbeitung
Werkzeugkontakt	mechanisch	mechanisch	mechanisch	berührungslos
Konturfreiheit	werkzeugabhängig	flexibel	sehr flexibel	sehr flexibel
Wärmeeinfluss	keiner	keiner	gering	vorhanden
Schnittkante	werkzeugabhängig	leicht segmentiert	spanend erzeugt	thermisch erzeugt
Werkzeugverschleiß	vorhanden	erhöht durch viele Hübe	vorhanden	kein mechanisches Schneidwerkzeug
Geeignet für	wiederkehrende Formen	freie Blechkonturen	präzise Konturen	komplexe Konturen

Einflussgrößen auf die Werkzeugstandzeit

Die Standzeit eines Nibbelwerkzeugs wird von zahlreichen Faktoren bestimmt:

• Werkstoff und Materialfestigkeit,
• Blechdicke,
• Werkzeugwerkstoff,
• Werkzeugbeschichtung,
• Schnittspiel,
• Hubzahl,
• Überlappung,
• Schmierung,
• Werkzeugschärfe,
• Führung und Ausrichtung,
• Zustand der Maschine.

Nibbeln beansprucht ein Werkzeug stärker als ein einzelner vollständiger Stanzhub, da die Schneide wiederholt nur teilweise in das Material eingreift. Dadurch entstehen wechselnde und teilweise einseitige Belastungen.

Häufige Fehler beim Nibbeln

Falsches Schnittspiel

Ein ungeeignetes Schnittspiel erhöht Gratbildung, Stanzkraft und Werkzeugverschleiß.

Zu geringe Überlappung

Ein zu großer Abstand zwischen den Hüben erzeugt deutlich sichtbare Ausbrüche und eine grobe Kontur.

Zu starke Überlappung

Eine unnötig hohe Überlappung verlängert die Bearbeitungszeit und erhöht die Werkzeugbelastung.

Stumpfe Schneidkanten

Verschlissene Stempel und Matrizen führen zu größeren Graten, höherer Stanzkraft und schlechterer Konturqualität.

Unzureichende Werkstückführung

Wenn das Blech nicht kontrolliert geführt oder niedergehalten wird, können Maßabweichungen und Verformungen entstehen.

Ungeeignetes Werkzeug

Werkzeugform und Abmessungen müssen zur Kontur, Materialdicke und Maschinenleistung passen.

Arbeitssicherheit

Beim Nibbeln entstehen hohe, schnell wechselnde Kräfte. Stempel, Matrize und Werkstückbereich dürfen während des Betriebs nicht berührt werden.

Weitere Gefährdungen ergeben sich durch:

• scharfkantige Blechkanten,
• herausfallende Stanzabfälle,
• hohe Geräuschentwicklung,
• bewegte Maschinenteile,
• mögliche Werkzeugbrüche.

Maschineneinhausung, geeigneter Gehörschutz, sichere Werkstückführung und regelmäßige Werkzeugkontrollen sind wichtige Schutzmaßnahmen.

Häufig gestellte Fragen

Ist Nibbeln dasselbe wie Stanzen?

Nibbeln basiert auf dem Stanzprinzip. Beim Stanzen entsteht die Form normalerweise mit einem vollständigen Hub. Beim Nibbeln wird eine größere Kontur aus vielen überlappenden Stanzhüben zusammengesetzt.

Entsteht beim Nibbeln Wärme?

Durch Reibung und Verformung entsteht eine geringe Erwärmung. Es gibt jedoch keine thermische Wärmeeinflusszone wie beim Laserschneiden.

Können mit einem Nibbler Kurven geschnitten werden?

Ja. Besonders Rundstempel eignen sich für gekrümmte Konturen und Richtungsänderungen.

Warum ist die Schnittkante leicht gewellt?

Die Wellen entstehen durch die aufeinanderfolgenden, überlappenden Stanzhübe. Eine stärkere Überlappung reduziert die sichtbaren Übergänge.

Muss eine genibbelte Kante entgratet werden?

Das hängt von Werkzeugzustand, Schnittspiel, Werkstoff und Qualitätsanforderung ab. Bei sichtbaren oder berührbaren Kanten ist häufig eine Nachbearbeitung sinnvoll.

Kann das Verfahren auch bei Leiterplatten eingesetzt werden?

Ja. Schmale Langlöcher können dort durch eine Reihe überlappender Bohrungen hergestellt werden.

Zusammenfassung

Das Nibbelverfahren ist ein flexibles mechanisches Trennverfahren, bei dem eine Kontur aus vielen aufeinanderfolgenden und überlappenden Stanzhüben entsteht.

Es eignet sich besonders für Ausschnitte, Innenkonturen sowie gerade und gekrümmte Schnittverläufe in Blechen. Das Verfahren arbeitet ohne thermische Wärmeeinflusszone und lässt sich sowohl handgeführt als auch CNC-gesteuert einsetzen.

Die erreichbare Schnittqualität hängt insbesondere von Werkzeugform, Überlappung, Schnittspiel, Werkstoff, Blechdicke und Werkzeugzustand ab. Sichtbare Hubübergänge und mögliche Gratbildung gehören zu den charakteristischen Grenzen des Verfahrens.