Nietverbindungen: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 27. Januar 2007, 23:26 Uhr

Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeines 1.1 Einführung und Umgang mit diesem Artikel 1.2 Was ist eine Nietverbindung? 1.2.1 Vor- und Nachteile 1.3 Bauarten/Nietform 1.4 Werkzeuge 2 Einsatzgebiet 2.1 Anwendung 2.2 Verwendung 3 Hersteller 3.1 Lieferanten 3.2 Kosten 4 Dimensionierung 4.1 Auslegung 4.2 Berechnung 4.2.1 Tragfähigkeit der Niete 4.3 Werkstoff 5 Normung 6 Anhang 6.1 Quellenangabe 6.2 Download 6.3 Weitere Bildverweise/Darstellungen von Nietverbindungen 6.4 Abbildungsverzeichnis 6.5 Epilog			Viaduktträger HHA Abb.1.1.

Allgemeines

Einführung und Umgang mit diesem Artikel

Dieser Artikel entsteht im Zusammenhang der Techniker-Ausbildung an der BBS-Winsen

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Nun viel Spaß beim Lesen...

Was ist eine Nietverbindung?

Nieten ist ein Fügen (DIN 8593-0) durch Umformen(DIN 8580) eines Verbindungselements, wobei eine i.allg.(<- Abkürzung) unlösbare und zumindest bei hoher Belastung formschlüssige tragende Verbindung entsteht.

Hinsichtlich der Verwendung, Berechnung und Ausführung unterscheidet man die Nietverbindung in:

• "Feste Verbindungen" im Stahlhochbau, Kranbau und Brückenbau bei Trägerschlüssen und Knotenpunkten.
• "Feste und dichte Verbindungen" im Kessel- und Druckbehälterbau.
• "Vorwiegend dichte Verbindungen" im Behälterbau bei Silos und Rohrleitungen.
• "Haftverbindungen" für Blechverkleidungen im Karosserie-, Waggon- und Flugzeugbau.

Vor- und Nachteile

Nieten bietet gegenüber Schrauben den Vorteil, dass in keines der Bauteile ein Gewinde eingebracht werden muss. Der Nachteil jedoch ist, dass die Verbindung nicht zerstörungsfrei zu lösen ist. Dieser "Nachteil" ist jedoch in einigen Bereichen der wichtigste Vorteil dieser Fügetechnik, eben dort wo es auf unlösbare Verbindungen ankommt. U.a. dient es auch der Verhinderung von Vandalismusschäden, hier benötigt man schon eine Bohrmaschine oder einen Winkelschleifer, um die Verbindung wieder zu trennen. Hierzu gehört unter anderem der Flugzeugbau, bei dem Nietverbindungen die wesentliche Grundlage der Strukturbauteile darstellen. Die Oberflächen der zu fügenden Teile stellen sich bei einer Vernietung besser dar, was dazu führt, dass ein besseres Strömungsverhalten auftritt. Im Gegensatz zu Schraubenverbindungen, welche durch komplexe Messungen (Drehmoment u. ä.) überprüft werden müssten, ist eine kraftschlüssige Nietverbindung optisch und ohne Messaufwand an dem geformten Schließkopf zu erkennen. Bei Warmnieten schrumpft der Niet und presst die gefügten Teile zusammen. Beim Schrumpfen wird der Nietschaft erheblich gespannt und auf Zug beansprucht. Weiterhin ist gegenüber dem Schweißen hier der Vorteil, dass keine Gefügeveränderung durch Wärmeeinbringung erfolgt. Dem steht aber gegenüber, dass eine Stumpfstoßverbindung nicht möglich ist.

Bauarten/Nietform

Abb.1.2.

Siehe auch Normung am Ende dieses Artikels.

• 

  Blindniet: Abb.1.3.

• 

  Blindniet im Schnitt: Abb.1.3.1.

• 

  Eine Sonderform stellt die Blindeinnietmutter (DIN / ISO:90402) dar: Abb.1.4.

• 

  Sammelsurium von Nietformen: Abb.1.5.

Werkzeuge

• 

  Unterschiedliche Setzkopfsetzer mit Gegenhalter Abb.1.6.

• 

  Setzkopfsetzer mit Gegenhalter Abb.1.7.

• 

  Einnietwerkzeug zur Befestigung von Blindeinnietmuttern (DIN / ISO: 90402) Abb.1.8.

• 

  Werkzeug im Montagefertigem Zustand Abb.1.9

• 

  Blindeinniet Betätigungswerkzeug zum Einbringen der Blindeinnietmutter in einem begrenzten Arbeitsraum z.B. vertiefte Stellen in einem Kfz. Abb.2.

• 

  Popnietzange, sehr gut zu sehen die unterschiedlichen Einsätze für die Popniete Abb.2.1.

• 

  Pneumatische Popnietzange Abb.2.2.

Einsatzgebiet

Anwendung

Definition: Die Nietverbindung ist eine formschlüssige Verbindung zweier oder mehrer Bauteile durch ein plastisch verformtes, zylindrisches Verbindungselement. Durch diese Bauteile wird der Niet hindurch geschoben, so dass der eigentliche Niet über diese Bauteile hinaus steht. Anschließend wird das überstehende Ende des Niets durch Bearbeiten mit dem Hammer zu einem Kopf (dem so genannten Schließkopf) geformt, der die Bauteile sicher verbindet. Der dem Schließkopf gegenüber liegende Teil des Nietes heißt Setzkopf, der Teil dazwischen Nietschaft. Ausnahmen gab es früher bei geschlossenen Bauteilen, hier wurden Sprengnieten verwenden. Diese besaßen im Bereich des Setzkopfes eine Treibladung, die durch Einbringung von Wärme gezündet wurde. Des Weiteren gibt es Blindnieten (Popnieten), die mechanisch oder pneumatisch gesetzt werden.

Zum Schließen der Niete gibt es ein spezielles Werkzeug, den sog. Döpper (Pneumatikhammer, der eine stetige rotatorische Bewegung ausführt) und Werkzeuge wie z.B. "Nietenzange" oder pneumatisch betriebenem "Niethammer" und dem "Gegenhalter". Nietverbindungen sind nicht lösbare, feste (o. bewegliche) Verbindungen eines oder mehrerer Teile mit einem Hilfsfügeteil - dem Niet. Bei Blindnietverbindungen genügt die Zugänglichkeit von einer Seite, "Nichtblindniet-Verbindungen" müssen von beiden Seiten zugänglich sein, Ausnahme die oben genannten Sprengnieten. Nietverbindungen werden häufig an Stelle von Schraubverbindungen eingesetzt, wenn...

• es nicht auf eine genau aufrecht zu erhaltende Vorspannkraft ankommt,
• Demontierbarkeit nicht erforderlich oder gar unerwünscht ist,
• Schraubverbindungen zu teuer wären,
• glatte Oberflächen bei sicherer Befestigung verlangt werden - Flugzeugaußenhaut, Verbindungen mit Textilien und Leder.

Verwendung

Im Flugzeugbau bzw. Leichtbau finden Nieten heute noch eine große Verwendung. Im Bereich des Flugzeugbaus gelten besondere Luftfahrtsnormen, die hier genannten Normen gehen nur in den Bereich der DIN.

Sie sind oft zu sehen an Brücken und an Brückenkonstruktionen. An historischen Fahrzeugen wie z.B. alten "Lanz-Bulldog" Traktoren oder im Kesselbau z.B. bei alten Dampflokomotiven findet man noch vermehrt Nietverbindungen. In der Fahrzeugtechnik findet man eine Nietverbindung an Kupplungsbelägen, diese sind meist aufgenietet.

Hersteller

Lieferanten

Kunststoff Spreizniet

Hersteller Miederhoff

Hier findet man eine Herstellersuchmaschine: Herstellersuchmaschine

Kosten

Ein Kostenvergleich zwischen einem Niet und einer Schraube ist von geringer Aussagekraft, da es sich um unterschiedliche Verbindungselemente handelt. Wenn man den Vergleich drauf reduziert, dass man sagt, man möchte nur einmal etwas miteinander Verbinden, ohne es später ein mal wieder zu lösen und die geforderte Beanspruchung gleich ist, so kann man eine Aussage zum Verhältnis treffen. Nur unter diesen Bedingungen ist ein Niet bei gleichem Werkstoff billiger. Vom Arbeitsaufwand aber in solcher Situation ähnlich zu einer Schweißnaht. Siehe u.a. Schweißverbindungen

Dimensionierung

Abb.2.3.

Niet- und Nietlochdurchmesser In Abhängigkeit von der kleinsten zu verbindenden Blechdicke "t" wird im Stahlbau der Rohnietdurchmesser auch nach der Gebrauchsformel gewählt:

Festgelegt wird der nächstliegende genormte Nietdurchmesser nach DIN 124, s. TB 7-4 im Roloff/Matek. Für alle Nieten im Stahlbau mit d₁ ≥12 mm ist der Nietlochdurchmesser d = d₁ + 1 mm.

Nietlänge Der Rohniet muss so lang sein, dass genügend Werkstoff zum Füllen des Nietloches und Schließkopfes vorhanden ist. Bei üblichem Lochdurchmesser ergibt sich die Rohnietlänge aus: l = ∑t + lü ;

lü = Überstand; man wählt bei einem Schließkopf als:

- Halbrundkopf: Bei Maschinennietung lü≈(4/3)*d1
                bei Handnietung      lü≈(7/4)*d1
- Senkkopf    :                      lü≈(0,6...1,0)*d1
siehe Abb.2.3.

Je größer die Klemmlänge, umso größer ist der Überstand lü zu wählen bzw. das Lochspiel zu verkleinern, um damit das größere Lochvolumen auszufüllen.

Auslegung

Bei Warmnieten schrumpft der Niet zusammen und presst die gefügten Teile zusammen. Beim Schrumpfen wird der Nietschaft erheblich gespannt und auf Zug beansprucht. Da die Schrumpfspannung der Nietlänge proportional ist, soll die Klemmlänge sein. Wo Stahlniete mit dem Durchmesser > 10 mm verwendet werden, muss i. allg. vor dem Nieten auf Hellrotglut erwärmt werden. Kleine Stahlniete sowie Leichtmetall-, Messing- und Kupferniete werden kaltgeschlagen.

Berechnung

Tragfähigkeit der Niete

Nietverbindungen gelten in den Berechnungsvorschriften als Scher-Lochleibungs-Passivverbindungen - SLP-Verbindungen. Schwieriger als bei ebenen Flächen sind die Pressungsverhältnisse an der Oberfläche eines zylindrischen Nietschaftes. Die Flächenpressung ist in Belastungsrichtung am größten (p _max) und nimmt nach den Seiten hin bis auf Null ab. Vereinfacht betrachtet rechnet man mit einem Mittelwert p der Flächenpressung. Dazu denkt man sich die Kraft F gleichmäßig über die projizierte Fläche A _proj des Niet verteilt. Die Flächenpressung (siehe TAB S. 45) am Nietschaft wird Lochleibungsdruck σ_l genannt. Er ist abhängig von der aufzunehmenden Kraft F, von der projizierten Schaftfläche A _proj = d₁s eines Nietes.

Abb. 2.5.

Tragfähigkeit der Niete

Abscherspannung

Ein wichtiger Begriff ist die Schnittigkeit, die die Anzahl der auf Scherung beanspruchten Nietquerschnitte angibt. Anzustreben sind zweischnittige Nietverbindungen.

Lochleibungsdruck

Erläuterung zu t _min: Bei einschnittigen Nietverbindungen muss man für t _min die kleinere der beiden Blechdicken einsetzen. Ist die Verbindung mehrschnittig, dann ist t _min die kleinere der beiden Blechdickensummen in einer Kraftrichtung. Siehe Bild:

Abb. 2.6.

Vierschnittiges Beispiel s₁ = 7 mm; s₂ = 3,5 mm; Kraftrichtung = siehe F. So ergibt sich für :

• t _min = ∑s₁> ∑s₂
• t _min= 2 * 7 mm > 3 * 3,5 mm
• t _min = 14 mm > 10,5 mm

Nach dem Bsp. müsste man für den Lochleibungsdruck σ_l den Wert 10,5 mm für t _min einsetzten.

Berechnungsbeispiel

Abb. 2.7.

Aufgabe: Die einschnittige Nietverbindung hat mit zwei Nieten eine Zugkraft F= 30 kN aufzunehmen.

Gesucht:

Werkstoff

Bei den Werkstoffen besitzt man die freie Wahl, es gibt fast alle Nietformen in fast allen Materialien, die man benötigt. Die Wahl ist davon abhängig, welche Kräfte auf die Verbindung wirken und aus welchem Material die zu fügenden Teile sind, um ggf. eine Kontaktkorrosion zu vermeiden. Hier beginnt die Bandbreite vom Aluminium über Kunststoff bis hin zum Niet aus Vanadium/-Legierungen bzw. bei Bedarf mit einem Oberflächenschutz.

Um eine Zerstörung zu vermeiden, sind hierbei die Festigkeitswerte des zu verwendenden Materials sowie dessen Stellung in der Elektrochemischen Spannungsreihe zu berücksichtigen.

Man beachte:

Sind zwei verschiedene (unterschiedlichem Potential) Metalle miteinander elektrisch leitend verbunden, und durch direkten metallischen Kontakt oder ähnliches, so geht bei Anwesenheit eines Elektrolyten (Feuchtigkeit) das unedlere Metall in Lösung – es korrodiert. Als möglicher Schutz dienen Gesamtanstriche (Versiegeln) oder Isolierungsmaßnahmen. Gleiche Werkstoffwahl führt auch zu einer gleichmäßigen Wärmeausdehnung, so entsteht eine Minderung von Spannungsrissen.

Normung

DIN Übersicht Abb.2.8.

Anhang

Quellenangabe

Internet:

Zur Weiterleitung auf das Bild klicken sofern kein Link dargestellt ist.

google

   

• Belastungstest für eine Nietplatte

• Opto-elektronische Prüfung von Nietverbindungen in der Flugzeugrumpfschalenmontage

• Schöne Funktionsanimationen und alles was die Niete betrifft

Fachbücher:

Der Dubbel Taschenbuch für den Maschinenbau ISBN: 3-540-22142-5 Bezugsquelle: Springerverlag oder schaut mal bei Ebay

• Roloff/Matek: Maschinenelemente, Lehrbuch und Tabellenbuch, Vieweg Verlag 17. Aufl. 2005, ISBN 3-528-17028-X, € 34,90.
• Roloff/Matek Maschinenelemente Formelsammlung, Vieweg Verlag 7., Aufl. 2003. ISBN 3-528-64482-6, € 20,90.
• Bezugsquelle: Roloff Matek Vieweg Verlag

• Mechanik und Festigkeitslehre von Alfred Böge, 20. Auflage, Viewg Verlag, ISBN 3-528-74010-8

• Tabellenbuch Metall, 43. Auflage. Europa Verlag, ISBN 3-8085-1673-9, € 20,90.

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Weitere Bildverweise/Darstellungen von Nietverbindungen

• 

  Brückenkonstruktion Abb.2.9.

• 

  Museumswagen T220 der Hamburger Hochbahn AG gebaut 1921 Abb.3.0.

• 

  Drehgestell des T220 Abb.3.1.

Abbildungsverzeichnis

Abbildung

• Abb. 1.1. Viaduktträger HHA, am Barmbeker Bahnhof mit den gut sichtbaren Nietverbindungen
• Abb. 1.2. Div. Nietformen in einer Schnittdarstellung mit der zugehörigen DIN
• Abb. 1.3. Blindniet (Popniete) in einer Schnittdarstellung, sehr gut zu sehen die Funktionsübernahme des Dornes
• Abb. 1.3.1. Dito
• Abb. 1.4. Blindeinnietmutter in einer Schnittdarstellung, gut zu sehen wie ein Gewinde z.B. in ein dünnes Blech realisiert werden kann.
• Abb. 1.5. Div. Nietformen aus unterschiedlichen Materialien und unterschiedlichen Setzkopfgrößen
• Abb. 1.6. Unterschiedliche Setzkopfsetzer mit Gegenhalter, die Variation liegt in dem Durchmesser der Setzkopfmulde
• Abb. 1.7. Gute Darstellung des Verformungsbereiches
• Abb. 1.8. Einnietwerkzeug zur Befestigung von Blindeinnietmuttern. Zu sehen sind die Werkzeuge separat (Innensechskantschlüssel, Ratsche und Aufnahme für die Einnietmutter)
• Abb. 1.9. Werkzeuge im montagefertigen Zustand.
• Abb. 2.0. Auch ein Einnietwerkzeug, es basiert auf dem gleichen Prinzip, doch in einer anderen Umsetzung um den Anwendungszweck leichter zu erfüllen.
• Abb. 2.1. Popnietzange (mechanisch), zu sehen sind die unterschiedlichen Einsätze für den Nietdorndurchmesser
• Abb. 2.2. Pneumatische Popnietzange.
• Abb. 2.3. Bild zur Erklärung einer Nietlängenwahl
• Abb. 2.4. Erläuterung zur Flächenpressung
• Abb. 2.5. Dito
• Abb. 2.6. Bild zum Berechnungsbeispiel Schnittigkeit
• Abb. 2.7. Darstellung der Übungsaufgabe
• Abb. 2.8. Normungstabelle des unterschiedlichen Nietes
• Abb. 2.9. Brückenkonstruktion/ Viadukt
• Abb. 3.0. Museumswagen T220 der Hamburger Hochbahn AG gebaut 1921
• Abb. 3.1. Drehgestell des T220

Epilog

Wenn Ihr Euch die Zeit genommen habt diesen Artikel zu Lesen. Wäre es des Dankes Lohn, wenn man nicht gleich wieder alles vergessen würde, so hat sich die Arbeit an diesen Artikel gelohnt.