Nietverbindungen

Allgemeines

Das Nieten gehört zum Festigkeitsverfahren Fügen nach DIN 8593-0, wobei der Formschluss durch Umformen erreicht wird. Nietverbindungen erfordern einen hohen maschinellen Aufwand bei erheblichen Personalkosten. Daher werden diese wenn möglich durch Schweißverbindungen abgelöst, wie z.B. beim Druckbehälterbau. Eine Sonderstellung haben Nietverbindungen im Flugzeugbau und Leichtbau, hier werden hoch automatisierte Nietverfahren praktiziert. Es gibt warm- und kaltgefügte Nieten. Warmnietung bei Stahlnieten ab Ø 10 mm. Diese werden in hellrotem Zustand geschlagen oder gepresst. Kaltvernietung bis Ø 8 mm sowie Niete aus Kupfer, Aluminium und deren Legierungen werden in kaltem Zustand bearbeitet. Durch das Stauchen des Nietschaftes in Achsrichtung füllt dieser das Nietloch vollständig aus und wird so radial gegen die Lochwandung gepresst. Nietverbindungen sind nicht lösbare Verbindungen, welche nur durch Beschädigung oder Zerstörung der gefügten Teile gelöst werden können.

Anwendungsbeispiele

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  1. A-380 Struktur

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  2. Eifelturm

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  3. Brückenbau

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  4. Trommelbremse

Vor- und Nachteile einer Nietverbindung

Vorteile:

• Keine ungünstigen Werkstoffbeeinflussungen (Gefügeumwandlung beim Schweißen)
• Kein verziehen der Bauteile
• Ungleichartige Werkstoffe lassen sich verbinden
• Nietverbindungen sind leicht und sicher kontrollierbar und zu Not auch lösbar
• Nietverbindungen versagen nicht bei Überlastung schlagartig
• Blindnietsysteme sind sehr schnell und günstig herstellbar

Nachteile:

• Bauteile werden durch die Bohrungen geschwächt
• Es resultieren dadurch größere Querschnitte und ein höheres Gewicht
• Stumpfstöße lassen sich nicht ausführen
• Bauteile müssen überlappt oder mit Laschen verbunden sein
• In der Fertigung kostenintensiver als das Schweißen

Nietarten und Formen

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  1. Blindniet

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  2. Halbrundniet

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  3. Hohlniet

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  4. Rohrniet

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  5. Senkniet

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  6. Schraubniet

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  7. Senkschraubniet

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  8. Schließringbolzen

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  9. Schließringbolzen Bestimmung

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  10. Diverse Nietarten und Formen

Nietverfahren

• Blindniete werden durch das Herranziehen der Kugel am Sollbruchdorn zum Stauchen gebracht. ( siehe Bild oben )

• Halbrundniete werden durch Stauchen eines bolzenförmigen Hilfsfügeteiles hergestellt.

• Hohlnieten durch Umlegen überstehender Teile eines Hohlnietes.

• Zapfennieten durch Stauchen des zapfenförmigen Endes an einem der beiden Fügeteile.

• Hohlzapfennieten durch Umlegen überstehender Teile des hohlzapfenförmigen Endes an einem der beiden Fügeteile.

• Schließringbolzen durch Einpressen des Schließringes in die Nuten des Bolzens und das Abreißen des Zugteils erfolgt ( immer ) durch das Einziehgerät.

Verbindungsart und Verwendung

• Feste Verbindungen (Kraftverbindungen) kommen im Stahlbau, Kranbau und Brückenbau zum Tragen.

• Feste und dichte Verbindungen im Kesselbau und Druckbehälterbau.

• Vorwiegend dichte Verbindungen im Behälterbau.

• Haftverbindungen (Heftnietung) werden für Blechverkleidungen im Karosserie, Waggon und Flugzeugbau verwendet.

Werkstoffe

Da der Befestigungsvorgang der Nietverbindungen mit einer Verformung der Niete verbunden ist, kommen nur duktile Werkstoffe in Frage, wie z.B. Stahl USt 36 ( S235 JRG1 ), Kupfer, Messing, Aluminiumlegierungen. Grundsätzlich sollte das Niet aus dem selben oder aus einem gleichartigen Werkstoff bestehen um elektrochemische Korrosion zu vermeiden.

Werkzeuge

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  Vorhalteeisen

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  Pneumatikpopzug

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  Popnietzange

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  Niethammer

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  Nietquetsche

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  Einsätze

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  Nietzange

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  Döpper

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  Schließringbolzen Einzieher

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  Schließringbolzen Abzieher

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  Nietlehre

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  Schließringbolzen Lehre

Herstellung einer Verbindung

Halbrundniete sind formbare Nieten, bei denen der Schließkopf des Nietes durch das Stauchen des Nietschaftes gebildet wird. Durch das Verformen des Nietschaftes wird dieser in der gesamten Länge gestaucht und füllt so die Nietbohrung. Der aus der Struktur herausragende Nietschaft wird dabei zum Schließkopf geformt.Während der Verformung des Nietschaftes entsteht eine Kaltverfestigung im Nietwerkstoff und der Werkstoff versprödet. Aus diesem Grunde soll die Verformung des Schließkopfes mit möglichst wenig Schlägen erreicht werden.

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  1. Vorgang beim Umformen von Nieten

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  2. Quetschen eines Halbrundnietes

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  3. Nietenschiessen

Beurteilung von Nieten

Prüfen des Nietschaftüberstandes und der Schließringstauchung

Für die Prüfung des Nietschaftüberstandes und der Schließringstauchung sind Prüflehren zu verwenden. Diese Prüflehren werden auf der Schließringseite aufgesetzt, dadurch ist eine Prüfung des Nietschaftüberstandes und/oder der Schließringverformung möglich. Die Handhabung der Lehren ist je nach Lehrentyp unterschiedlich. Es wird jedoch immer der maximale und der minimale Nietschaftüberstand zur Scheibenoberfläche geprüft.

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  Prüfvorgaben für Halbrundniete

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  Touch Go: Bei Berührung Gut

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  Touch No Go: Bei Berührung nicht Gut

Entfernen von beanstandeten Nieten

Beim Entfernen von beanstandeten Nieten ist darauf zu achten, daß die Nietlöcher nicht beschädigt werden. Die Niete sind möglichst von der Setzkopfseite her zu entfernen. In dem unteren Bild sind mögliche Nietfehler ( Beschädigungen ) dargestellt und in den anderen die richtige vorgehensweise beim entfernen solcher.

Arbeitsschritte:

1. Nietkopf zentrisch ankörnen ( bei dünnen Blechen muß beim Ankörnen gegengehalten werden ).

2. Anbohren bis auf Setzkopftiefe mit einem Bohrer, der um 0,2 mm kleiner ist als der Nietnenndurchmesser. Im Bedarfsfall darf auch tiefer gebohrt werden ( abhängig von der Klemmlänge ).

3. Nietkopf mit einem Splinttreiber durch leichtes Verkanten abbrechen.

4. Nietschaft mit einem Durchschlag, dessen Durchmesser etwas kleiner als der Nietschaftdurchmesser ist, austreiben. Dünne Bleche und nicht abgestützte Bauteile sind beim Austreiben abzustützen.

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  Mögliche Nietfehler

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  1. und 2. Arbeitsschritt

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  3. Arbeitsschritt

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  4. Arbeitsschritt

Korrosionsschutz

Spaltkorrosion entsteht in engen Spalten ( 0,05…0,4 ) sowie an Überlappungs- und Verbindungsstellen. Diese wird verursacht durch Feuchtigkeit innerhalb des Spaltes. Schwitzwasserkorrosion entsteht durch Kondensation von Wasser. Konstruktionsregel: Unvermeidbare Hohlräume und Hohlprofile verschließen und so "Wassersäcke" vermeiden. Kontaktkorrosion tritt durch Verbund von Metallen mit unterschiedlichem Potenzial bei Einwirkung eines geeigneten Elektrolyten (Feuchtigkeit) auf. Als mögliche Schutzmaßnahmen bei Spalt- und Kontaktkorrosion dienen Gesamtanstriche.

Arbeits- und Gesundheitsschutz

• Drucklufthämmer dürfen nie ohne Rückholfeder benutzt und nur betätigt werden, wenn sie auf dem Niet aufliegen.
• Beim Nieten und gegenhalten in Hohlräumen schalldichte Ohrenklappen tragen.
• Bevor man den Abzug des Niethammers betätigt ist darauf zuachten, dass der Partner mit dem Gegenhalter gegen das Niet hält.
• An schwer zugänglichen Stellen Gegenhalter durch Schnur oder Riemen mit dem Handgelenk verbinden.
• Schwingungsarme Nietwerkzeuge sind bevorzugt einzusetzen.
• Zur Lärmreduzierung zunächst versuchen Nietquetsche zu verwenden, anderenfalls schweren Gegenhalter oder stark eingestellten Niethammer benutzen.

Wiederholungsfragen

1. Wodurch wird der Formschluss beim Nieten erreicht?

2. Vergleiche Niet- und Schweißverbindungen hinsichtlich Kosten, Arbeitsaufwand etc.

3. Welche Nietarten kennen Sie? Nennen Sie mindestens 3 !

4. Welche Werkstoffeigenschaft ist für Nietverbindungen erforderlich?

5. Wie werden Halbrundniete entfernt?

6. Was sind die Gründe für Korrosion an Nietverbindungen? Nennen Sie bitte mindestens 2 Gründe!

7. Nennen Sie mindestens 2 Maßnahmen zum Thema Arbeits- und Gesundheitsschutz beim Nieten.

8. Nennen Sie mindestens 2 Anwendungsbereiche wo Nietverbindungen vorteilhaft sind!

9. Wie sollten Nietverbindungen nach Möglichkeit beansprucht werden?

Hier geht's zur Lösung!

Formeln

Rohnietdurchmesser

In Abhängigkeit von der kleinsten zu verbindenden Blechdicke "t" wird im Stahlbau der Rohnietdurchmesser d₁ auch nach der Gebrauchsformel gewählt:

RM-FS 7.1 (Roloff/Matek Formelsammlung, S. 59)

Rohnietlänge

Der Rohniet muss so lang sein, dass genügend Werkstoff zum Füllen des Nietloches und Schließkopfes vorhanden ist. Im einfachsten Fall ergibt sich die Rohnietlänge l aus der Summe aller Blechstärken zuzüglich des zur Kopfbildung Nietschaftüberstandes l_ü:

RM-FS 7.2 (Roloff/Matek Formelsammlung, S. 59)

Abscherspannung

Für die Nachprüfung einer gegebenen Nietverbindung ist zu kontrollieren, ob die berechnete Abscherspannung τ_a kleiner als die zulässige Spannung τ_{a zul} ist:

RM-FS 7.3 (Roloff/Matek Formelsammlung, S. 59)

• n = Nietzahl
• m = Schnittigkeit
• A = Schnittfläche

Zulässige Abscherspannungen gemäß Roloff/Matek Formelsammlung, S. 59

Lochleibungsdruck

Aus der Flächenpressung folgt für den Lochleibungsdruck σ_l eines Nietes folgende Gleichung:

Erforderliche Nietzahl

Nietanzahl aufgrund der zulässigen Abscherspannung

Erforderliche Nietzahl aufgrund des zulässigen Lochleibungsdrucks

Übungsaufgaben

Rechenaufgaben:

1. Nietwerkstoff: S235JR

a) Kraft, die den Niet durch Abscherung zerstören würde.

b) zulässige Scherbeanspruchung bei üblicher, d. h. 1,7-facher Sicherheit.

2. Es sollen zwei Bleche miteinander vernietet werden, auf die eine Zugkraft von 28 kN wirkt. Der Werkstoff ist aus S235.

a) Bestimmen Sie überschlägig Nietdurchmesser und Nietlänge anhand des Tabellenbuches. Die Auslegung soll nach den Richtwerten für Kranbau ermittelt werden.

b) Berechnen Sie anschließend zum Vergleich den Nietdurchmesser und die Nietlänge rechnerisch.

c) Ermitteln Sie laut Tabellen Buch T_azul nach Lastfall H für eine einschnittige Verbindung.

d) Berechnen Sie die benötigte Nietanzahl.

e) Dimensionieren Sie das erforderliche Nietbild.

Hier geht's zu den Lösungen!

Quellen

Dieses sind die Werke welche als Vorlage gedient haben.

1. Tabellenbuch Metall, 43. Auflage. Europa Verlag, ISBN 3-8085-1673-9, €21,50
2. Roloff/Matek: Maschinenelemente-Tabellenbuch, Vieweg Verlag, 18. Aufl. 2007, ISBN 3-834-80262-X, €36,90.
3. Roloff/Matek: Maschinenelemente-Formelsammlung, Vieweg Verlag, 8. Aufl. 2006. ISBN 3-834-80119-4, €20,90.
4. Allgemeine Internetnutzung, wie z.B. wikipedia

Weblinks

• Nietverbindungen als Google-Suchbegriff
• Nietverbindungen in der Wikipedia
• Nietverbindungen hier in bs-wiki.de mit Google
• Nietverbindungen als Youtube-Video
• Powerpointpräsentation zum Thema, 14.08.2010 von S. Kellinghusen
• Rechnung zum Thema, 14.08.2010 von S. Kellinghusen
• Lochleibung zum Thema, 14.08.2010 von S. Kellinghusen