Niet

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Ein genieteter Stahlträger
Nietverbindungen einer alten Bahnbrücke
Niete am Flugzeugrumpf
Genieteter Schiffsrumpf der Georg Büchner im Rostocker Stadthafen
Genieteter Stützpfeiler

Der Niet (Plural: die Niete; in Österreich und in der Schweiz die Niete, plural: die Nieten) ist ein plastisch verformbares, zylindrisches Verbindungselement. Nietverbindungen werden vorwiegend zum Fügen von Blechteilen eingesetzt.

Durch die Kaltnietung wird eine formschlüssige Nietverbindung zweier Bauteile hergestellt. Bei der Warmnietung entsteht beim Abkühlen des Niets durch Schrumpfen zusätzlich ein Kraftschluss.

Niete werden aus Stahl, Kupfer, Messing, Aluminiumlegierungen, Kunststoff und Titan hergestellt.

Etymologie

Das Wort Niet stammt vom althochdeutschen Wort hniutan (‚befestigen‘) ab. Im Mittelhochdeutschen soll Niet zudem für einen breitgeschlagenen Nagel stehen.

Numerus:

F. M. Feldhaus hielt 1914 jedoch noch die Form das Niet für korrekt[1]. Die österreichische und bundesdeutsche Form mischen sich aber zunehmend, man findet sowohl DIN-Normen auf ‚Nieten‘[2], als auch ÖNORMen auf Plural ‚Niete‘ [3]

Allgemeines

In die zu verbindenden Bauteile müssen Bohrungen eingebracht werden, die einen etwas größeren Durchmesser als der Niet haben. 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 Niets heißt Setzkopf, der Teil dazwischen Nietschaft.

Niete bieten 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. Im Gegensatz zu Schraubverbindungen, welche durch komplexe Messungen (Drehmoment u. ä.) überprüft werden müssten, ist eine formschlüssige Nietverbindung optisch und ohne Messaufwand an dem geformten Schließkopf zu erkennen.

Ein Niet ist ein zylindrischer (ausgenommen Sonderformen) Bolzen aus Metall, der ein verdicktes Ende, den Kopf, hat. Je nach Verwendungszweck werden unterschiedliche Kopfformen verarbeitet, z. B. Halbrund-, Senk-, Flachrund- und Flachsenkkopf. Der Niet liegt mit dem Kopf auf der einen Seite der zu verbindenden Werkstücke an. Der Schaft wird durch das vorgebohrte oder vorgestanzte Loch durchgesteckt und durch Druck in die Breite verformt, so dass die Werkstücke fest miteinander verbunden werden. Der Druck kann plötzlich durch Schlag oder kontinuierlich z. B. durch eine hydraulische Presse aufgebracht werden. Niete mit einem Durchmesser von mehr als 8 mm werden warm geschlagen, das heißt im Schmiedefeuer auf Gelbglut erwärmt, glühend eingeschlagen und der Kopf geformt. Beim Abkühlen zieht sich der Niet zusammen und verspannt die zu verbindenden Werkstücke. Somit wird zwischen Kalt- und Warmnietverbindungen unterschieden.

Bedeutung

Die klassische Vollniet-Verbindung ist in technischen Anwendungen heutzutage weitestgehend durch die Schweißverbindung ersetzt. Genietet wird nur noch dort, wo Schweißen nicht geeignet ist (z. B. im Leichtbau) und bei der Reparatur alter Nietverbindungen.
Gründe sind:

  • Zu vernietende Bauteile müssen übereinandergelegt und zusammen durchbohrt werden, sonst passt der Niet wegen Fertigungstoleranzen nicht durch. Gegebenenfalls muss das Loch mit einem Fräser oder einer Reibahle nachgearbeitet werden. Dieses Verfahren ist umständlich und teuer; Schraubverbindungen sind hier günstiger.
  • Jede Nietverbindung muss einzeln geprüft werden.
  • Durch eine Nietverbindung wird der Kraftfluss umgeleitet, es entsteht ein zusätzliches Biegemoment im Bauteil. Schweißverbindungen haben diesen Nachteil nicht.
  • Das zusätzliche Biegemoment kann nur durch mehrschnittige Verbindungen aufgehoben werden, diese sind aber teuer.
  • Durch Lochleibung entstehen in dünnen Blechen im Bereich des Niets hohe Spannungen. Um diese zu verringern, muss die Blechdicke erhöht werden. Schweißverbindungen haben keine Lochleibung.
  • Nietverbindungen sind korrosionsempfindlich, ein Abrosten der zu verbindenden Bauteile oder der Nietköpfe kann schnell zu einem Lockern der Verbindung führen.

Verfahren

Konventionelle Nietverfahren sind:

  • Vollnieten
  • Blindnieten
  • Stanznieten
zwei Vollniete

Vollniete

Die wohl älteste Verbindungstechnik ist das Vernieten durch Vollniete. Die Ursprünge des Nietens mit Vollniet lassen sich in die Bronzezeit zurückverfolgen. Dennoch hat diese Verbindungsmethode wichtige Merkmale, die sie auch heute noch bei sicherheitskritischen Verbindungen unersetzlich macht. Hierzu gehört neben Stahlkonstruktionen für Bauwerke vor allem der Flugzeugbau. Auch modernste Flugzeuge werden heute noch durch das Vernieten von Blechstrukturen mit Vollniete hergestellt.

Der wichtigste Grund für die Verwendung von Vollniete liegt in der einfachen Herstellung von Nietverbindungen und darin, dass die Qualität der Verbindung durch bloßes Ansehen ohne Hilfsmittel geprüft werden kann. Dies ist wohl der wichtigste Grund, warum bei sicherheitskritischen Anwendungen, die einer hohen Dauerschwingbelastung ausgesetzt sind, Vollniete zum Einsatz kommen. Der sichere Sitz der Verbindung ist rein optisch durch die Form der Ausprägung des Setzkopfes zu prüfen.

An Flugzeugen, bei denen die Struktur durch tausende Nietverbindungen gesichert wird, ist somit eine leichte Überprüfung dieser Verbindungsqualität möglich. Weiterhin ist die Beständigkeit einer Vollnietverbindung gegen die Dauerschwingbelastung jedem anderen Fügeverfahren überlegen. Als Beispiel sei hier ein Flugzeug (DO24 ATT) gezeigt, welches bereits vor 70 Jahren durch Dornier gebaut worden ist und sich noch heute im Flugeinsatz befindet.

Blindniete

Verschiedene Blindniete

Ein Blindniet ist eine spezielle Form von Niet, welche nur den Zugang zu einer Seite der zu verbindenden Bauteile erfordert und mit einer speziellen Blindnietzange befestigt wird. Der Blindniet besteht neben dem eigentlichen, hohlen Nietkörper mit Kopf an der Vorderseite aus einem längeren, durchgesteckten Dorn mit Kopf am hinteren Nietende, der mit einer Sollbruchstelle versehen ist. Umgangssprachlich wird der Blindniet auch als POP-Niet bezeichnet, was von der Marke POP des ersten Herstellers Emhart Teknologies herrührt. Der POP-Niet wurde in Deutschland von der Firma Gebr. Titgemeyer GmbH & Co. KG aus Osnabrück eingeführt. Die Markteinführung der POP-Blindniete in der Schweiz erfolgte durch die KVT-Koenig AG (www.kvt.ch) vor mehr als 40 Jahren.

Beim Blindnieten erfolgt der Fügevorgang von nur einer (im Regelfall der äußeren) Seite des Bauteils aus. Der Blindniet wird durch die Bohrung eingeführt, anschließend wird der am Kopf herausragende Dorn mit einer Blindnietzange herausgezogen. Das führt zu einer Stauchung und somit zu einer Aufweitung des Niets hinter der Bohrung. Am Ende des Vorgangs reißt der Dorn an der Sollbruchstelle innerhalb des Nietkörpers ab und ragt nicht aus dem Niet hervor; der Rest des Dorns befindet sich dann in der Zange und wird weggeworfen. Bei Blindnieten für Spezialanwendungen (Flugzeug u. ä.) wird der im Niet verbleibende Dornrest mit einem beim Verarbeiten eingepresstem Ring gesichert. Dadurch können sich keine Teile lösen und die höhere Scherfestigkeit des Dornmaterials kann voll genutzt werden.

Eine Weiterentwicklung ist der Durchzugsniet FSR. Bei Anwendungen auf engem Raum erlaubt der Senkkopfniet ein beidseitig bündiges Setzen. Der Niet im Mikroformat ist daher die ideale Lösung für die Elektronikbranche. Der Durchzugsdorn stellt sicher, dass es nach dem Setzen weder lockere Restdornköpfe noch einen blindseitigen Kopfüberstand gibt.

Stanzniete

Ziel des Stanznietens ist das mittelbare, nicht lösbare Verbinden von Blechteilen ohne das beim Vollnieten oder Blindnieten notwendige Vorlochen. Zu diesem Zweck kommt ein Nietelement (Hilfsfügeteil) zum Einsatz, das gleichzeitig als Stempel fungiert. Abhängig vom verwendeten Nietelement sind prinzipiell zwei Stanznietverfahren von Bedeutung: Stanznieten mit Vollniet oder Stanznieten mit Halbhohlniet. Gemeinsam ist beiden Verfahren, dass sie eine zweiseitige Zugänglichkeit der Bauteile erfordern und dass die Herstellung der Verbindung in einem einstufigen Setzvorgang geschieht.

mit Vollniet

Beim Stanznieten mit Vollniet entsteht die Verbindung in einem durchgehenden Stanz- und Umformvorgang, bei dem der Niet selbst nicht umgeformt wird. Die zu verbindenden Blechteile werden auf die Matrize gelegt. Der obere Teil des Setzwerkzeugs fährt nach unten auf die zu verbindenden Blechteile. Gleichzeitig wird das konkav ausgebildete Nietelement automatisch zugeführt und positioniert. Durch die Setzeinheit werden die Blechteile vorgespannt. Nun drückt der eigentliche Nietstempel das Nietelement durch die Fügeteile, wobei aus beiden Blechen ein kreisrundes Stück (Stanzbutzen) ausgestanzt wird. Das Verarbeitungsgerät für das Stanznieten mit Vollniet ist so konzipiert, dass es den Stempel nach dem Stanzen der Fügeteile einen genau definierten Weg (kraft- oder weggesteuert) gegen den Widerstand der Fügeteile nach unten drückt. Hierbei werden die Bleche mit dem Kraftaufwand, der für die nachfolgend beschriebenen Fertigungsteilschritte erforderlich ist, auf die Matrize gepresst. Aufgrund der ringförmig erhabenen Struktur des Stempels und der Matrize wird das Fügematerial plastisch umgeformt. Der stempel- und matrizenseitige Fügewerkstoff fließt in den durch die konkave Form des Nietelementes freigegebenen Raum. Damit ist das Fügen beendet. Wesentliche Bedingung für eine feste Verbindung bei unterschiedlichen Belastungsrichtungen ist beim Stanznieten mit Vollniet die kontrollierte, vollständige Füllung des Freiraumes, der durch die Geometrie des Nietelementes vorgegeben wird; erst dadurch wird eine kraft- und formschlüssige Verbindung erzielt.

mit Halbhohlniet

Auch beim Stanznieten mit Halbhohlniet dient das Nietelement als Einweg-Schneidstempel. Es wird dabei allerdings selbst ebenfalls umgeformt. Die zu verbindenden Blechteile werden auf die Matrize gelegt. Mit dem Aufsetzen der Setzeinheit während des Vorschubs wird die Fügestelle fixiert. Mit dem weiteren Vorschub wird dann das Nietelement der Fügestelle zugeführt. Im sich anschließenden Fügevorgang stanzt das Stanznietelement, anders als beim Stanznieten mit Vollniet, nur das obere Blechteil durch und formt das untere Blechteil plastisch zu einem Schließkopf um. Die Form des Schließkopfes wird dabei wesentlich durch die Kontur der Matrizengravur bestimmt. Nach Erreichen einer eingestellten Maximalkraft (kraftgesteuert) bzw. eines vorgegebenen Weges (weggesteuert) erfolgt der Rückhub. Das Nietelement erhält im plastisch umgeformten unteren Blechteil über eine Kragenbildung seinen Schließkopf. Der aus dem oberen Blechteil ausgestanzte Stanzbutzen füllt den hohlen Nietschaft aus und wird darin eingeschlossen. Das Erreichen einer großen Verspreizung des Nietschaftes ist eine wichtige geometrische Kenngröße. Sie hat wesentlichen Einfluss auf die übertragbaren Scherzug- und Kopfzugkräfte. Durch die Stauchung des Stanznietes wird ein spaltfreier Formschluss der Fügeteile erreicht. Außerdem wird der Stanzniet axial und radial verspannt, so dass ein Kraftschluss in die Verbindung eingebracht wird.

Sonderverfahren

Eine Sonderform des Stanznietens ist das Hydrostanznieten, bei dem ein Hochdruckfluid als Stempelersatz wirkt.

Es gibt auch Niete, die aus Blech gestanzt, erhaben geformt und mit mehreren scharfen Spitzen in Kleidung oder Hundehalsbänder, textil oder aus Leder eingeschlagen werden können, man unterscheidet dabei zwischen Pyramiden-, Spitz-, Killer-, Säbel- und Hexenniete; die letzten werden besonders gerne in der Punkszene auf Lederjacken getragen. Die oft schräg stehenden konischen Spitzen krümmen sich beim Eindringen ins Material oder Anstehen an der Schrägfläche eines Gegenwerkzeugs, die dann gebogenen Spitzen halten den Niet - eigentlich durch Verklammerung, die Applikation wird Niete genannt, weil sie den Anschein eines Nietkopfs ergibt.

Prüfung

Fertig geschlagene Nietverbindungen dürfen beim Anschlagen mit einem Prüfhammer nicht „prellen“, sie müssen spielfrei die Bauteile verbinden. Prellende Niete dürfen nicht nachgeschlagen, sondern müssen komplett ausgetauscht werden. Erweisen sich mehr als 5 % aller Niete eines Bauteiles als erneuerungsbedürftig, so sind sämtliche Niete auszutauschen.

Belastungsarten

Werkzeuge

Zum Schließen der Niete gibt es auch spezielles Werkzeug, den sog. Döpper, der mit Werkzeugen wie z. B. „Nietezange“, Blindnietzange oder pneumatisch betriebenem „Niethammer“ und „Gegenhalter“ betrieben wird.

Konstruktionen

Siehe auch

Normen und Standards

  • DIN 101 Niete; Technische Lieferbedingungen
  • ÖNORM M 5300:2001 12 01 Nieten - Technische Lieferbedingungen
  • Produktspezifikationen:
    • DIN 124 Halbrundniete; Nenndurchmesser 10 bis 36 mm; DIN 660 Halbrundniete; Nenndurchmesser 1 bis 8 mm
    • DIN 302 Senkniete; Nenndurchmesser 10 bis 36 mm; DIN 661 Senkniete; Nenndurchmesser 1 bis 8 mm
    • DIN 662 Linsenniete; Nenndurchmesser 1,6 bis 6 mm
    • DIN 674 Flachrundniete; Nenndurchmesser 1,4 bis 6 mm
    • DIN 675 Flachsenkniete (Riemenniete); Nenndurchmesser 3 bis 5 mm
    • DIN 6791 Halbhohlniete mit Flachrundkopf; Nenndurchmesser 1,6 bis 10 mm; DIN 6792 Halbhohlniete mit Senkkopf; Nenndurchmesser 1,6 bis 10 mm
    • DIN 7331 Hohlniete, zweiteilig; DIN 7339 Hohlniete, einteilig, aus Band gezogen
    • DIN 7340 Rohrniete aus Rohr gefertigt
    • DIN 7341 Nietstifte

Literatur

Weblinks

Einzelnachweise

  1. F. M. Feldhaus: Die Technik der Vorzeit, der geschichtlichen Zeit und der Naturvölker. Ein Handbuch für Archäologen und Historiker, Museen und Sammler, Kunsthändler und Antiquare. Engelmann, Leipzig und Berlin 1914. Stichwort Niet
  2. etwa: DIN EN 2544:1989-09 Luft- und Raumfahrt; Darstellung von Nieten in Zeichnungen von Luft- und Raumfahrtgerät; Deutsche Fassung EN 2544:1987 (Beuth-Verlag)
  3. etwa ÖNORM EN 2941:2008 08 01 Luft- und Raumfahrt - Niete aus Nickellegierung - Technische Lieferbedingungen (ASTANDIS, https)


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