Niet

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Verschiedene Blindniete

Die Nietverbindung ist eine formschlüssige Verbindung zweier Bauteile durch ein plastisch verformtes, zylindrisches Verbindungselement, der Niet. Das Herstellen der Verbindung heißt Nieten und wird vorwiegend zum Fügen von Blechteilen eingesetzt.

Der Begriff Niet stammt vom althochdeutschen Wort hniutan (= befestigen) ab. Im Mittelhochdeutschen soll der Begriff Niet zudem für einen breitgeschlagener Nagel stehen. Die Bezeichnung eines einzelnen Nietelementes (Singular) lautet Niet und nicht wie häufig verwandt Niete. Der Begriff Niete ist in diesem Kontext ausschließlich korrekt als Bezeichnung mehrerer Nietelemente, d.h. also als Plural des Begriffes Niet.

Niete werden aus Stahl, Kupfer, Cu-Zn Legierungen, Al-Legierungen, Kunststoff und Titan hergesellt. Bei Blindnieten bestehen Nietkörper und Dorn nicht unbedingt aus dem gleichen Material.

Inhaltsverzeichnis

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.

Es handelt 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 andauernd z.B. durch eine hydraulische Presse aufgebracht werden. Niete mit einem größeren Durchmesser werden warm geschlagen, das heißt im Schmiedefeuer auf Gelbglut erwärmt und glühend eingeschlagen. Beim Abkühlen zieht sich der Niet zusammen und verspannt die zu verbindenden Werkstücke.

Nietverfahren

Konventionelle Nietverfahren sind:

  • Vollnieten
  • Blindnieten
  • Stanznieten

Vollnieten

Verschiedene Kupferniete,v. l. n. r.:Rundkopf-Vollniet;
2 Flachkopf-Hohlniete; 2 Senkkopf-Vollniete

Die wohl älteste Verbindungstechnologie stellt das Vernieten mit Vollnieten dar. Die Ursprünge des Nietens mit Vollniete 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 und Schiffsbau 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 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 Setzkopf zu prüfen.

Bei Flugzeugen, wo die Struktur durch tausende Nietverbindungen gesichert wird, ist somit eine leicht 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.

Blindnieten

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. Das Blindniet besteht aus dem eigentlichen, hohlen Nietkörper mit Kopf vorne und einem längeren, durchgesteckten Dorn mit Kopf am hinteren Nietende und mit einer Sollbruchstelle. Umgangssprachlich wird das Blindniet auch als POP-niet bezeichnet, welcher von der Marke POP des ersten Herstellers Emhart herrührt.

Beim Blindnieten erfolgt der Fügevorgang von nur einer (im Regelfall der äußeren) Seite des Bauteils aus. Das Blindniet wird durch die Bohrung eingeführt und 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.

Stanznieten

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.

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.

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.

Werkzeuge zum Nieten

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


Weblinks

Hinweis

Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Niet aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.