Nieten

Nieten ist ein umformtechnisches Fügeverfahren, das vor allem zum Fügen von Blechteilen zum Einsatz kommt.

Konventionelle Nietverfahren sind:

• Vollnieten
• Blindnieten
• Stanznieten

Vollnieten

Die ältests Verbindungsmethode stellt das Vernieten mit Vollnieten dar. Die Ursprünge des Vollnietens 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 Setzkopfes 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 (DO27 ATT) gezeigt, welches bereits vor 70 Jahren durch Dornier gebaut worden ist sich und heute noch im Flugeinsatz befindet [1].

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.

Fügevorgang beim Stanznieten mit 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.

Fügevorgang beim Stanznieten 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 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.