Nietverbindungen
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Inhaltsverzeichnis
Allgemeines
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.
Vorteile 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. Hierzu gehört unter anderem der Flugzeugbau, bei dem Nietverbindungen die wesentliche Grundlage der Strukturbauteile darstellen. Die Oberfläche der zu fügenden Teile stellen sich bei einer Vernietung besser dar, was dazu führt das 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
Abb.1.2.
- Halbrundniet DIN 124 (Stahlbau)bzw. DIN 660 (Fahrzeugbau). - Senkniet DIN 302 (Stahlbau)bzw. DIN 661 (Fahrzeugbau). - Linsenniet DIN 662. - Flachrundniet DIN 674. - Flachsenkniet (Riemenniet) DIN 675. - Halbholniet mit Flachrundkopf DIN 6791. - Halbholniet mit Senkkopf DIN 6792. - Blindeinnietmutter DIN/ ISO 90402. - Hohlniet (zweiteilig) DIN 7331 - Hohlniet (einteilig) DIN 7339 - Blindniet (mit Sollbruchstelle) DIN 7337 - Rohrniet DIN 7340 - Nietstift DIN 7341
Blindniet:
Abb.1.3.
Eine Sonderform stellt die Blindeinnietmutter (DIN / ISO:90402) dar:
Abb.1.4.
Sammelsurium von Nietformen:
Abb.1.5.
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 auch spezielles Werkzeug, den sog. Döpper (Pneumatikhammer der eine stetige Rotatorische Bewegung ausführt) und Werkzeugen 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.
Oft zu sehen sind sie an Brücken und am Viadukt
Hersteller
Lieferanten
Hier findet man eine Herstellersuchmaschine: Herstellersuchmaschine
Kosten
Ein Kostenverhältnis zwischen einem Niet und einer Schraube ist nicht Ratsam, da es sich um unterschiedliche Verbindungselemente handelt. Wenn man es so weit reduziert, das 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 gleich bleibendem Material billiger. Vom Arbeitsaufwand aber in solcher Situation höher als im Verhältnis zu einer Schweißnaht. Siehe u.a. Schweißverbindungen
Dimensionierung
Abb.2.2.
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 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 Kupferniete werden Kaltgehschlagen.
Berechnung
Tragfähigkeit der Niete
Schwieriger als bei ebenen Flächen sind die Pressungsverhältnisse an der Oberfläche eines Lagerzapfens, eines Bolzen oder eines Nietes.
Die Flächenpressung ist in Belastungsrichtung am größten (p max) und nimmt nach den Seiten hin bis auf Null ab. Der Maximalwert p max müsste eingesetzt werden, wenn z.B. für ein Gleitlager die erforderliche Lagerlänge l bestimmt werden soll. Beziehungen zur Berechnung von p max hat Hertz aufgesellt (Hertzsche Gleichung). Diese Gleichungen sind nicht einfach aufgebaut. Deshalb arbeitet man bei der Berechnung von Gleitlagerabmessungen sowie Niet- oder Bolzenverbindungen nicht mit den Hertzschen Gleichung, sondern rechnet mit einem Mittelwert p der Flächenpressung. Dazu denkt man sich die Kraft F gleichmäßig über die projizierte Fläche A proj des Zapfen, Bolzen oder Niet verteilt. 
Abb.2.3.
Die Flächenpressung (siehe TAB S.45) am Nietschaft wird Lochleibungsdruck 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
Abb.2.6.
Aufgabe: Die einschnittige Nietverbindung hat mit zwei Nieten eine Zugkraft F= 30 kN aufzunehmen.
Gesucht:
| a) der Nietdurchmesser d1 des geschlagenen Nietes (=Lochdurchmesser), wenn eine zulässige Abscherspannung von 140 N/mm2 vorgeschrieben ist.
b) der vorhandene Lochleibungsdruck s = 8 mm c) die Breite b der Flachstähle(ohne Berücksichtigung des Außermittigen Kraftangriff), wenn die Zulässige Spannung 140 N/mm2 eingehalten werden muss. |
| 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
