9. Nietverbindungen

Das Nieten dient zur Herstellung von unlösbaren, d.h. nur durch Zerstörung des Niets lösbaren Verbindungen. Beim Fügevorgang wird der Niet plastisch umgeformt und bildet eine formschlüssige Verbindung (Abbildung 9.1). Die Bauteile einer gleichen oder unterschiedlichen metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen bestehen und müssen zum Einführen der Niete oder eines Niets mindestens von einer Seite zugänglich sein.

Hinsichtlich der aus der Verwendung und konstruktiven Gestaltung resultierenden Hauptfunktion der Niete können folgende Nietverbindungen unterschieden werden:1. Festigkeitsrelevante Verbindungen2. dichtende Verbindungen 3. festigkeitsrelevante und dichtende Verbindungen Bei festigkeitsrelevanten Verbindungen gefügten Struktur. Man findet sie vornehmlich im StahlhochFahrzeug- und Flugzeugbau sowie in der Feinwerktechnik. Die dichtenden Verbindungen Bedeutung, wenn Behälter, Silos, Wannen und Rohrleitungen, die keinen größeren Drücken ausgesetzt sind, aus Einzelteilen dicht zusammengebaut werden sollen. Die festigkeitsrelevanten Verbindungen Druckbehälter- und Kesselbau gefordert, wo druckführendedruckdicht zusammengesetzt werden sollen. Es istNieten fast vollständig durch das

9.1.1 Vorteile und Nachteile von Nietverbindungen

Vorteile von NietverbindungenDa es sich bei der Niettechnik um ein Kaltfügeverfahren handelt, ist naturgemäß keine starke Erwärmung der Bauteile und damit keine ungVerwerfen, kein Verziehen, keine Gefügeumwandlung, kein Aushärten und Verspröden) vorhanden. Verbindungen ungleichartiger Werkstoffe sind möglich. Einfaches Herstellen im Betrieb und bei der Montage auf BaustellenAbschleifen oder Abmeißeln der Nietköpfe bzw. Ausbohren des Niets bei Blindniete.

Abbildung 9.1: Schlagen einer Vollnietverbin

Nietverbindungen

Das Nieten dient zur Herstellung von unlösbaren, d.h. nur durch Zerstörung des Niets lösbaren Verbindungen. Beim Fügevorgang wird der Niet plastisch umgeformt und bildet eine formschlüssige Verbindung (Abbildung 9.1). Die Bauteile einer Verbindung können aus gleichen oder unterschiedlichen metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen bestehen und müssen zum Einführen der Niete oder eines Niets mindestens von einer Seite zugänglich sein.

Hinsichtlich der aus der Verwendung und konstruktiven Gestaltung resultierenden Hauptfunktion der Niete können folgende Nietverbindungen unterschieden werden:1. Festigkeitsrelevante Verbindungen

dichtende Verbindungen

festigkeitsrelevanten Verbindungen dienen die Niete der Kraftleitung innerhalb der gefügten Struktur. Man findet sie vornehmlich im Stahlhoch-, Kran-, Brücken

und Flugzeugbau sowie in der Feinwerktechnik.

dichtenden Verbindungen sind vorzugsweise im Apparate- und Behälterbau von Bedeutung, wenn Behälter, Silos, Wannen und Rohrleitungen, die keinen größeren Drücken ausgesetzt sind, aus Einzelteilen dicht zusammengebaut werden sollen.

levanten Verbindungen und gleichzeitig dichtenden Verbindungen und Kesselbau gefordert, wo druckführende Apparate aus Einzelteilen

druckdicht zusammengesetzt werden sollen. Es ist anzumerken, dass in diesem Bereich das vollständig durch das Schweißen verdrängt ist.

Vorteile und Nachteile von Nietverbindungen

Vorteile von Nietverbindungen Da es sich bei der Niettechnik um ein Kaltfügeverfahren handelt, ist naturgemäß keine starke Erwärmung der Bauteile und damit keine ungünstige Werkstoffbeeinflussung, (z.B. kein Verwerfen, kein Verziehen, keine Gefügeumwandlung, kein Aushärten und Verspröden) vorhanden. Verbindungen ungleichartiger Werkstoffe sind möglich. Einfaches Herstellen im Betrieb und bei der Montage auf Baustellen. Möglichkeit des Lösens einer Verbindung durch Abschleifen oder Abmeißeln der Nietköpfe bzw. Ausbohren des Niets bei Blindniete.

Abbildung 9.1: Schlagen einer Vollnietverbindung

Das Nieten dient zur Herstellung von unlösbaren, d.h. nur durch Zerstörung des Niets lösbaren Verbindungen. Beim Fügevorgang wird der Niet plastisch umgeformt und bildet eine

Verbindung können aus gleichen oder unterschiedlichen metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen bestehen und müssen zum Einführen der Niete oder eines Niets mindestens von einer Seite zugänglich sein.

Hinsichtlich der aus der Verwendung und konstruktiven Gestaltung resultierenden Hauptfunktion der Niete können folgende Nietverbindungen unterschieden werden:

dienen die Niete der Kraftleitung innerhalb der , Brücken-, Maschinen-,

und Behälterbau von Bedeutung, wenn Behälter, Silos, Wannen und Rohrleitungen, die keinen größeren Drücken

dichtenden Verbindungen werden im Apparate aus Einzelteilen

anzumerken, dass in diesem Bereich das

Da es sich bei der Niettechnik um ein Kaltfügeverfahren handelt, ist naturgemäß keine starke ünstige Werkstoffbeeinflussung, (z.B. kein

Verwerfen, kein Verziehen, keine Gefügeumwandlung, kein Aushärten und Verspröden) vorhanden. Verbindungen ungleichartiger Werkstoffe sind möglich. Einfaches Herstellen im

. Möglichkeit des Lösens einer Verbindung durch Abschleifen oder Abmeißeln der Nietköpfe bzw. Ausbohren des Niets bei Blindniete.

Nachteile Schwächung der Bauteile durch die Nietlöcher. Sie führen zu Kerbspannungen und bedingen größere Querschnitte und schwerere Konstruktionen. Keine Möglichkeit der Ausführung von Stumpfnähten. Dies bedingt Überlappung der Bauteile oder zusätzliche Verwendung von Laschen und als Folge davon schwerere Konstruktionen und ungünstigen Kraftfluss durch die Umlenkung der Kraftflusslinien. Weiterhin werden glatte Flächen durch die Nietköpfe gestört. Nietwerkstoffe Die Niete können aus Stahl, Kupfer, KupferAluminiumlegierungen und Kunststoffen hergestellt sein. Für die im BehälterApparatebau üblicherweise verwendeten Kesselbleche und warmfesten Stähle werden Niete aus Stahl S235J2G3 oder S275JR verwendet. Im Leichtmetallkommen als Nietwerkstoffe vornehmlich Aluminium

9.2 Nietformen und Nietverfahr

Prinzipiell lassen sich alle Niete auf vier Grundformen zurückführen: - den Vollniet - den Schließringbolzen, dieser wird in der Praxis auch mit dem HandelsnamenHuckbolt bezeichnet - den Blindniet - den Stanzniet

Bei der Auswahl einer Nietform ist neben der Hauptfunktion, festigkeitsrelevante Verbindung bzw. dichtende Verbindung, die Zugänglichkeit der Fügestelle entscheidend:- Bei der Verwendung von Vollniete, Schließringbolzen und Stanzniete muss die von beiden Seiten zugänglich sein.- Bei der Verwendung von Blindniete reicht es, wenn die zugänglich ist.

9.2.1 Vollniet

Er stellt die älteste Nietform dar und ist auch heute noch im Stahlverbreitet. Der Vollniet wird hauptsächlich als festigkeitsrelevanter Niet eingesetzt. Jeder Niet

Schwächung der Bauteile durch die Nietlöcher. Sie führen zu Kerbspannungen und bedingen hwerere Konstruktionen. Keine Möglichkeit der Ausführung von

Stumpfnähten. Dies bedingt Überlappung der Bauteile oder zusätzliche Verwendung von Laschen und als Folge davon schwerere Konstruktionen und ungünstigen Kraftfluss durch die

usslinien. Weiterhin werden glatte Flächen durch die Nietköpfe gestört.

Die Niete können aus Stahl, Kupfer, Kupfer-Zink-Legierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen und Kunststoffen hergestellt sein. Für die im Behälter

icherweise verwendeten Kesselbleche und warmfesten Stähle werden Niete aus Stahl S235J2G3 oder S275JR verwendet. Im Leichtmetall-, Fahrzeugkommen als Nietwerkstoffe vornehmlich Aluminium-Legierungen zum Einsatz.

Nietformen und Nietverfahren

Prinzipiell lassen sich alle Niete auf vier Grundformen zurückführen:

den Schließringbolzen, dieser wird in der Praxis auch mit dem Handelsnamen

Abbildung 9.2 Nietformen [2]

Bei der Auswahl einer Nietform ist neben der Hauptfunktion, festigkeitsrelevante Verbindung bzw. dichtende Verbindung, die Zugänglichkeit der Fügestelle entscheidend:Bei der Verwendung von Vollniete, Schließringbolzen und Stanzniete muss die

sein. Bei der Verwendung von Blindniete reicht es, wenn die Fügestelle nur von einer Seite

Er stellt die älteste Nietform dar und ist auch heute noch im Stahl- und Flugzeugbau weit lniet wird hauptsächlich als festigkeitsrelevanter Niet eingesetzt. Jeder Niet

Schwächung der Bauteile durch die Nietlöcher. Sie führen zu Kerbspannungen und bedingen hwerere Konstruktionen. Keine Möglichkeit der Ausführung von

Stumpfnähten. Dies bedingt Überlappung der Bauteile oder zusätzliche Verwendung von Laschen und als Folge davon schwerere Konstruktionen und ungünstigen Kraftfluss durch die

usslinien. Weiterhin werden glatte Flächen durch die Nietköpfe gestört.

Legierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen und Kunststoffen hergestellt sein. Für die im Behälter- und

icherweise verwendeten Kesselbleche und warmfesten Stähle werden Niete , Fahrzeug- und Flugzeugbau

Legierungen zum Einsatz.

den Schließringbolzen, dieser wird in der Praxis auch mit dem Handelsnamen

Bei der Auswahl einer Nietform ist neben der Hauptfunktion, festigkeitsrelevante Verbindung bzw. dichtende Verbindung, die Zugänglichkeit der Fügestelle entscheidend: Bei der Verwendung von Vollniete, Schließringbolzen und Stanzniete muss die Fügestelle

Fügestelle nur von einer Seite

und Flugzeugbau weit lniet wird hauptsächlich als festigkeitsrelevanter Niet eingesetzt. Jeder Niet

besteht im unverarbeiteten, d.h. umgeschlagenen Zustand aus dem Setzkopf und dem Nietschaft, der zylindrisch oder leicht konisch ist und massiv oder hohl sein kann, siehe Abbildung 9.3. Durch Stauchen (Schlagen) oder Pressen des über die zu vernietenden Bauteile hinausragenden Nietschaftes wird der Schließkopf geformt.Beim Nieten von Vollniete werden folgende zwei Verfahren unterschieden:Kaltnietung Stahlniete mit einem Durchmesser dLeichtmetall- und Kupferniete werden kalt verarbeitet.Warmnietung Stahlniete mit einem Durchmesser d > 10 mm werden üblicherweise warm verarbeitet, d.h. sie werden hellrot- bis weißggepresst.

Abbildung 9.3 Vollnietverbindung und Nietwerkzeug

9.2.2 Blindniete

Bei der Herstellung der Nietverbindung muss auf die Zugänglichkeit von beiden Seiten geachtet werden, die in vielen Fällen nichverwendet werden (Abbildung 9.4

9.2.3 Stanzniete

Stanzniete werden in der Großserienfertigung eingesetzt. Dies ist in dem Umstand begründet, dass für jeden Anwendungsfall hinsichtlich Nietform, Fügekräfte, ertragbare Lasten usw.

besteht im unverarbeiteten, d.h. umgeschlagenen Zustand aus dem Setzkopf und dem Nietschaft, der zylindrisch oder leicht konisch ist und massiv oder hohl sein kann, siehe

. Durch Stauchen (Schlagen) oder Pressen des über die zu vernietenden Bauteile hinausragenden Nietschaftes wird der Schließkopf geformt. Beim Nieten von Vollniete werden folgende zwei Verfahren unterschieden:

iete mit einem Durchmesser d≤10mm, vereinzelt auch bis 16 mm, sowie alle und Kupferniete werden kalt verarbeitet.

Stahlniete mit einem Durchmesser d > 10 mm werden üblicherweise warm verarbeitet, d.h. bis weißglühend in das Nietloch gesetzt und dann geschlagen oder

Abbildung 9.3 Vollnietverbindung und Nietwerkzeug [2]

Bei der Herstellung der Nietverbindung muss auf die Zugänglichkeit von beiden Seiten geachtet werden, die in vielen Fällen nicht gegeben ist. In diesen Fällen können Blindnieten

Abbildung 9.4).

Abbildung 9.4

Stanzniete werden in der Großserienfertigung eingesetzt. Dies ist in dem Umstand begründet, dass für jeden Anwendungsfall die Nietverbindung speziell abgestimmt werden muss hinsichtlich Nietform, Fügekräfte, ertragbare Lasten usw.

besteht im unverarbeiteten, d.h. umgeschlagenen Zustand aus dem Setzkopf und dem Nietschaft, der zylindrisch oder leicht konisch ist und massiv oder hohl sein kann, siehe

. Durch Stauchen (Schlagen) oder Pressen des über die zu vernietenden

Beim Nieten von Vollniete werden folgende zwei Verfahren unterschieden:

10mm, vereinzelt auch bis 16 mm, sowie alle

Stahlniete mit einem Durchmesser d > 10 mm werden üblicherweise warm verarbeitet, d.h. lühend in das Nietloch gesetzt und dann geschlagen oder

[2]

Bei der Herstellung der Nietverbindung muss auf die Zugänglichkeit von beiden Seiten t gegeben ist. In diesen Fällen können Blindnieten

Stanzniete werden in der Großserienfertigung eingesetzt. Dies ist in dem Umstand begründet, die Nietverbindung speziell abgestimmt werden muss

Beim Einsatz von Stanzniete muss die Fügestelle von beiden Seiten zugänglich sein. Es handelt sich um ein einteiliges Verbindungselement, ähnlich ewird beim Fügen erzeugt.

9.2.4 Schließringbolzen

Eine wesentliche Weiterentwicklung des Nietes ist der Schließkopf aus einem metallischen Ring, der plastisch in umlaufende Nuten des eigentlichen Bolzenkörpers gepresst wird. Gleichzeitig werden die Bauteile durch das Montagewerkzeug verspannt, nach Erreichen der Vorspannkraft wird der überSchließringbolzens abgerissen. Die Festigkeit der Verbindung ist mit hochfesten Schraubverbindungen vergleichbar.

9.2.5 Berechnung

Für Niete die Scherbeansprucht sind

τa – Schrespannung im NietquerschnittF – Belastungskraft als Zug- oder Druckkraft in den Bauteilenn – Anzahl der Niete in einem Anschlussm – Schnittzahl = Anzahl der Schnittflächen an einem NietschaftA1 – Querschnitt des geschlagenen NietsFn – von einem Niet aufzunehmende Kraft

Abbildung 9.6:Typische Setzsequenz eines Schließringbolzens

Beim Einsatz von Stanzniete muss die Fügestelle von beiden Seiten zugänglich sein. Es handelt sich um ein einteiliges Verbindungselement, ähnlich einem Vollniet. Das Nietloch

Abbildung 9.5 [2]

Eine wesentliche Weiterentwicklung des Nietes ist der SchließringbolzenSchließkopf aus einem metallischen Ring, der plastisch in umlaufende Nuten des eigentlichen Bolzenkörpers gepresst wird. Gleichzeitig werden die Bauteile durch das Montagewerkzeug verspannt, nach Erreichen der Vorspannkraft wird der überstehende Teil des Schließringbolzens abgerissen. Die Festigkeit der Verbindung ist mit hochfesten Schraubverbindungen vergleichbar.

Niete die Scherbeansprucht sind ist die Scherspannung:

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Schrespannung im Nietquerschnitt oder Druckkraft in den Bauteilen

Anzahl der Niete in einem Anschluss Schnittzahl = Anzahl der Schnittflächen an einem Nietschaft

uerschnitt des geschlagenen Niets von einem Niet aufzunehmende Kraft

Abbildung 9.6:Typische Setzsequenz eines Schließringbolzens

Beim Einsatz von Stanzniete muss die Fügestelle von beiden Seiten zugänglich sein. Es inem Vollniet. Das Nietloch

Schließringbolzen. Hier besteht der Schließkopf aus einem metallischen Ring, der plastisch in umlaufende Nuten des eigentlichen Bolzenkörpers gepresst wird. Gleichzeitig werden die Bauteile durch das Montagewerkzeug

stehende Teil des Schließringbolzens abgerissen. Die Festigkeit der Verbindung ist mit hochfesten

Abbildung 9.6:Typische Setzsequenz eines Schließringbolzens

Mit von einem Niet aufzunehmenden Kraft Fn wird nur dann gerechnet, wenn sich die Belastungskraft nicht gleichmäßig auf alle Niete verteilt, zum Beispiel wenn die Kraft F exzentrisch angreift und ein Moment erzeugt. Die Belastungskraft F presst den Nietschaft gegen die Lochwand. Man spricht von Lochleibung. Eine zu hohe Pressung erweitert das Loch beträchtlich und quetscht die Ränder hoch. Im gleichen Maße wird der Nietschaft gepresst. Die an den Lochwänden und Nietschäften auftretende Flächenpressung, der Leibungsdruck, darf daher einen bestimmten Betrag nicht überschreiten. Praktisch rechnet man mit der mittleren Pressung (gedrückte Fläche als ebene Projektion d1 t gedacht).

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σ1 – Leibungsdruck an Loch und Niet d1 – Nietlochdurchmesser t – maßgebende Bauteildicke. Bei Mehrschnittigen Verbindungen ist die Bauteildicke einzusetzen, die die große Leibung ergibt Für Niete die Zugbeansprucht sind ist die Zugspannung:

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Schrifftum

[1] Haberhauer, H., Bodenstein, F., 2007. Maschinenelemente: Gestaltung, Berechnung,

Anwendung, 14. A. ed. Springer Berlin Heidelberg.

[2] Albers, A., Sauer, B., Steinhilper, W., 2008. Konstruktionselemente des Maschinenbaus 1, 1,. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg. [3] Decker, K.-H., Kabus, K., Kretschmer, B., 2011. Maschinenelemente: Gestaltung und Be-rechnung.,. Hanser, München u.a.