Niet
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Die Nietverbindung ist eine formschlüssige Verbindung zweier Bauteile durch ein plastisch verformtes, zylindrisches Verbindungselement, den Niet. Das Herstellen der Verbindung heißt nieten und wird vorwiegend zum Fügen von Blechteilen eingesetzt.
Das Wort Niet stammt vom althochdeutschen Wort hniutan (= befestigen) ab. Im Mittelhochdeutschen soll „Niet“ zudem für einen breitgeschlagenen Nagel stehen. Die Bezeichnung eines einzelnen Nietelementes (Singular) lautet fachsprachlich „Niet“ und nicht wie allgemeinsprachlich üblich „Niete“. Das Wort „Niete“ ist in der Fachsprache ausschließlich als Bezeichnung mehrerer Nietelemente korrekt, d. h. also als Plural des Worts „Niet“. In Österreich wird der Singular als „Niete“ (eine Niet) und der Plural als „Nieten“ (mehrere Niete) bezeichnet.
Niete werden aus Stahl, Kupfer, Cu-Zn Legierungen, Al-Legierungen, Kunststoff und Titan hergestellt. Bei Blindnieten bestehen Nietkörper und Dorn nicht unbedingt aus dem gleichen Material.
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[Bearbeiten] 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 Niet 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.
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 gehören 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 kraftschlüssige Nietverbindung optisch und ohne Messaufwand an dem geformten Schließkopf zu erkennen.
Bei einem Niet handelt es sich um einen zylindrischen (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.
[Bearbeiten] Nietverfahren
Konventionelle Nietverfahren sind:
- Vollnieten
- Blindnieten
- Stanznieten
[Bearbeiten] Vollniete
Die wohl älteste Verbindungstechnologie stellt das Vernieten mit Vollnieten dar. Die Ursprünge des Nietens mit Vollnieten lassen sich in die Bronzezeit zurück verfolgen. 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 Vollnieten hergestellt.
Der wichtigste Grund für die Verwendung von Vollnieten 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.
Bei Flugzeugen, wo 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.
[Bearbeiten] 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 herrührt. Der POP-Niet wurde in Deutschland von der Firma Gebr. Titgemeyer GmbH & Co. KG aus Osnabrück eingeführt.
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. Dies führt zu einer Stauchung und somit zu einer Aufweitung des Niets hinter der Bohrung. Am Ende des Vorgangs bricht 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.
[Bearbeiten] Stanzniete
Ziel des Stanznietens ist das mittelbare, nicht lösbare Verbinden von Blechteilen ohne die beim Vollnieten oder Blindnieten notwendige Vorlochoperation. 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.
[Bearbeiten] Vollniet
Beim Stanznieten mit Vollniet entsteht die Verbindung in einem durchgehenden Stanz- und Umformvorgang, bei der 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 der Fügevorgang beendet. Wesentliche Bedingung für eine hohe Verbindungsfestigkeit 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.
[Bearbeiten] 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 erfolgt eine Fixierung der Fügestelle. Mit dem weiteren Vorschub wird dann das Nietelement der Fügestelle zugeführt. Im sich anschließende 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.
Eine Sonderform des Stanznietens ist das Hydrostanznieten, bei dem ein Hochdruckfluid als Stempelersatz wirkt.
Allerdings gibt es auch "Niete" die aus Blech gestanzt und in Kleidung eingeschlagen werden können, man unterscheidet dabei zwischen: Pyramidennieten, Spitznieten, Killernieten, Säbelnieten, und Hexennieten, diese werden besonders gerne in der Punkszene auf Lederjacken getragen.
[Bearbeiten] Bedeutung der Nietverbindung in der Technik
Die Bedeutung der klassischen Vollniete als Nietverbindung hat heutzutage erheblich nachgelassen, Gründe sind:
- Zu vernietende Bauteile müssen übereinander gelegt werden und zusammen durchbohrt werden, sonst passt der Niet wegen Fertigungstoleranzen nicht durch. Gegebenen falls 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 verbindenen Bauteile oder der Nietköpfe kann sehr schnell zu einem Lockern der Verbindung führen.
Diese Eigenschaften haben dazu geführt, dass die Nietverbindung in technischen Anwendungen weitestgehend durch die Schweißverbindung ersetzt wurde. Anwendungsgebiete bestehen dort, wo die Schweißeignung nicht gegeben ist (z. B. Leichtbau) sowie bei der Reparatur von Altanlagen.
[Bearbeiten] Prüfung von Nietverbindungen
Fertig geschlagene Nietverbindungen dürfen beim Anschlagen mit einem Prüfhammer nicht "Prellen", sie müssen spielfrei die Bauteile verbinden. Prellende Niete dürfen nicht nachgeschlagen werden, sondern müssen komplett ausgetauscht werden. Erweisen sich mehr als 5% aller Niete eines Bauteiles als erneuerungsbedürftig, so sind sämtliche Niete auszutauschen.
[Bearbeiten] Belastungsarten
 Überlappungs- und Laschennietungen |
 einschnittig, zweischnittig oder i-schnittige Verbindung |
 Belastungen und Verformungen |
 Nietabstandswahl |
[Bearbeiten] Werkzeuge zum Nieten
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.
[Bearbeiten] Nietkonstruktionen
 Knotenpunkt |
 Knotenpunkt |
 Auflagepunkt |
 Fachwerkdruckstab |
 Fachwerkdruckstab |
 Brückenaufbau |
 Nietträger |
[Bearbeiten] Literatur
- Burkhard Strassmann, Platt machen, fertig. Die Technik fügt Brücken, Hosen und Flugzeuge zusammen. Auch in moderner Fertigung hält sich der Niet enorm hartnäckig, DIE ZEIT 02. März 2006, Nr.10, Onlinetext
