Nietverbindungen
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Inhaltsverzeichnis
Allgemeines
Prolog Einführung und Umgang mit diesem Artikel
Dieser Artikel entsteht im Zusammenhang der Techniker-Ausbildung an der BBS-Winsen
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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 Verbindung" im Stahlhochbau, Kranbau und Brückenbau bei Trägerschlüssen und Knotenpunkten.
- "Feste und dichte Verbindung" 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 zusammen und presst die gefügten Teile zusammen. Beim Schrumpfen wird der Nietschaft erheblich gespannt und auf Zug beansprucht.
Wissenstandsabfrage 1:
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Bauarten/Nietform
Siehe auch Normung am Ende dieses Artikels.
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Werkzeuge
Wissenstandsabfrage 2:
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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".
Wissenstandsabfrage 3:
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Verwendung
Im Flugzeugbau bzw. Leichtbau finden Nieten heute noch eine große Verwendung.
Sie sind oft zu sehen an Brücken und an Brückenkonstruktionen.
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Hersteller
Lieferanten
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 Werkstoffl billiger. Vom Arbeitsaufwand aber in solcher Situation ähnlich zu einer Schweißnaht. Siehe u.a. Schweißverbindungen
Dimensionierung
Niet- und Nietlochdurchmesser
In Abhängigkeit von der kleinsten zu verbindenden Blechdicke "t" wird im Stahlbau der
Rohrnietdurchmesser auch nach der Gebrauchsformel gewählt:
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: lü = ∑t + lü ;
lü = Überstand; man wählt bei einem Schließkopf als:
- Halbrundkopf: Bei Maschinennietung Datei:Formel3.jpg bei Handnietung Datei:Formel4.jpg - Senkkopf : Datei:Formel5.jpg siehe Abb.2.2.
Je größer die Klemmlänge, umso größer ist der Überstand Datei:Formel6.jpg 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 d1 > 10 mm verwendet werden, muss man i. allg. vor dem Nieten auf Hellrotglut erwärmt werden. Kleiner Stahlniet sowie Leichtmetall-, Messing- und Kupferniet werden kaltgeschlagen.
Berechnung
Tragfähigkeit der Niete
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 σl genannt. Er ist abhängig von der aufzunehmenden Kraft F, von der projizierten Schaftfläche A proj = d1s eines Nietes. Datei:Flächenpressung.jpgAbb.2.4.
Berechnungsbeispiel
Aufgabe: Die einschnittige Nietverbindung hat mit zwei Nieten eine Zugkraft F= 30 kN aufzunehmen.
Gesucht:
a) der Nietdurchmesser d1 des geschlagenen Nietes (=Lochdurchmesser), wenn die zulässige Abscherspannung 140 N/mm2 beträgt.
b) der vorhandene Lochleibungsdruck s = 8 mm c) die Breite b der Flachstähle (ohne Berücksichtigung des außermittigen Kraftangriffs), wenn die zulässige Spannung 140 N/mm2 nicht überschritten werden darf. |
Lösung:
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Sicherheit
Werkstoff
Bei den Werkstoffen besitzt man die freie Wahl, es gibt fast alle Nietformen in fast allen Materialien die man benötigt. Hier beginnt die Bandbreite vom Aluminium über Kunststoff bis hin zum Niet aus Vanadium/-Legierungen bzw. bei Bedarf mit einem Oberflächenschutz.
Zu achten ist immer auf die Festigkeitswerte, des zu verwendenden Materials. Ein weiteres Augenmerk sollte in Hinblick auf das Elektrochemische Spannungsreihe/diagramm erfolgen um eine Zerstörung zu vermeiden. Gleiche Werkstoffwahl führt auch zu einer gleichmäßigen Wärmeausdehnung.
Masse
Normung
Kleine Übersicht der DIN Normung Niet. Zum Vergrößern auf das Bild klicken
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Toleranzen
Anhang
Quellenangabe
Internet:
Zur Weiterleitung auf das Bild klicken sofern kein Link dargestellt ist.
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.
- Buchhändler suche über die ISBN-Nr.
Firmen:
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Abbildungsverzeichnis
Abbildung
- Abb. 1.1. Ausschnitt Viadukt einer Bahntrasse 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. 1.4. 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 Verformungsbereich
- 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. Geschlagener Niet im Schnitt mit Bez.
- Abb. 2.3. Bild zur Flächen Erklärung eines Niet
- Abb. 2.4. Bild, Formel Lochleibungsdruck
- Abb. 2.5. Erläuterung zur Flächenpressung
- Abb. 2.6. Bild zum Berechnungsbeispiel, verlappte Bleche mit zwei Nieten, Belastung Seitlicher Zug einschnittig
- Abb. 2.7.
- Abb. 2.8. Normungstabelle des unterschiedlichen Nietes
- Abb. 2.9.
- Abb. 3.0.
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Nietverbindungen
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Epilog
Wenn Ihr Euch die Zeit genommen habt diesen Artikel zu Lesen. Wäre es des Dankes Lohn, wenn Ihr nicht gleich wieder alles vergessen werdet, so hat sich die Arbeit an diesen Artikel gelohnt.
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