Welche Normen und Richtlinien beim Nieten gelten

Beim Auslegen von Nietverbindungen muss ein Konstrukteur den richtigen Niettyp und die passende Nietgröße wählen sowie kompatible Materialkombinationen wählen. Welche Normen und Richtlinien Designer von genieteten Konstruktionen, insbesondere bei der Auslegung der Nietverbindungen, mindestens kennen müssen, klärt dieser Beitrag.

Thomas Preuß, Fachjournalist in Königswinter, turmpresse.de

Zu den Grundlagen der Verbindungstechnik sind von Thomas Preuß erschienen:

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  • Wie man Nietverbindungen auslegt und was ein Konstrukteur dabei unbedingt vermeiden muss
  • Welche Normen und Richtlinien beim Nieten gelten

Inhaltsverzeichnis
1. Nietverbindungen müssen fest, stabil und zuverlässig sein
2. Wichtige Normen und Richtlinien im Bereich des Nietens
3. In Normen gegossene Produktspezifikationen von Nieten
4. Normen für die Berechnung von Nietverbindungen und genieteten Konstruktionen
5. Nietrechnungswerte für die Luft- und Raumfahrtindustrie

Ob Flugzeuge oder Space-Shuttles, Schiffe, Brücken oder Leiterplatten: Wo die Strukturen sehr belastbar, hitze- und korrosionsbeständig sein und hohen Vibrationen standhalten sollen, sind Nietverbindungen geklebten, geschweißten und geschraubten Verbindungen oft überlegen. Das gilt besonders, wenn die Konstruktion aus verschiedenen Werkstoffen besteht und die Fügeelemente zu Wartungs- oder Reparaturzwecken gelöst werden müssen.

Nietverbindungen müssen fest, stabil und zuverlässig sein

Nietverbindungen müssen eine definierte Festigkeit, Stabilität und Zuverlässigkeit aufweisen. Um diese zu erreichen, sollten Konstrukteure und Entwickler unter anderem die statischen und dynamischen Belastungen und Kräfte berücksichtigen, ferner die Werkstoffe von Bauteilen und Nieten sowie die Typen, Größen und die Anordnung der Niete. Die Vorspannkraft, mit der die Fügeelemente montiert werden, ist entscheidend für die Festigkeit der Verbindung. Diese Kraft muss richtig berechnet werden, damit die Verbindung unter Last nicht nachgibt.

Wie man Nietverbindungen auslegt und was ein Konstrukteur dabei unbedingt vermeiden muss

Insbesondere müssen die Werkstoffe der zu verbindenden Werkstücke und Niete kompatibel sein, um zum Beispiel elektrochemische Korrosion oder Spannungen in der Verbindung durch unterschiedliche Härten oder Wärmeausdehnungskoeffizienten zu vermeiden.

Wichtige Normen und Richtlinien im Bereich des Nietens

Um unter diesen Rahmenbedingungen sichere Konstruktionen auszulegen, muss der Konstrukteur unter anderem die in diversen Normen verankerten Produktspezifikationen sowie die auf das jeweilige Tragwerk bezogenen Berechnungsstandards berücksichtigen.

Als Einstieg empfiehlt sich zuvor das DIN-Taschenbuch Nummer 43, „Mechanische Verbindungselemente 2“. Es enthält rund 90 DIN-(EN)-(ISO)-Normen für Verbindungselemente ohne Gewinde, als da sind Bolzen, Stifte, Spannstifte und Spannhülsen, Nägel und Splinte, Niete, Keile und Sicherungsringe.

Ebenso grundlegend die DIN 8593-0: Sie beschreibt die „Fertigungsverfahren Fügen“, wobei der Formschluss beim Nieten durch Umformen erreicht wird. Die DIN 8593-5 definiert die Begrifflichkeiten für das „Fügen durch Umformen“ und unterscheidet zunächst folgende Nietverfahren: Nieten, Hohlnieten, Zapfen-, Hohlzapfen- und Zwischenzapfennieten. Je nach Verfahren wird dabei der Niet oder werden überstehende Teile des Niets gestaucht oder umgelegt.

In Normen gegossene Produktspezifikationen von Nieten

Nach den übergreifenden Normen sind für Konstrukteure und Entwickler die Produktspezifikationen von Nieten sowie Berechnungsverfahren relevant. Die folgenden Normen befassen sich mit den Produktspezifikationen und sind (Stand: September 2023) allesamt aktuell, sofern nicht anders markiert:

• DIN 124 Halbrundniete; Nenndurchmesser 10 bis 36 mm
• DIN 302 Senkniete; Nenndurchmesser 10 bis 36 mm
• DIN 660 Halbrundniete; Nenndurchmesser 1 bis 8 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 (Norm wurde zurückgezogen, aber noch nicht ersetzt oder überarbeitet)
• DIN 7331 Hohlniete, zweiteilig
• DIN 7338 Niete für Brems- und Kupplungsbeläge
• DIN 7339 Hohlniete, einteilig, aus Band gezogen
• DIN 7340 Rohrniete, aus Rohr gefertigt
• DIN 7341 Nietstifte

Normen für die Berechnung von Nietverbindungen und genieteten Konstruktionen

Für die konkrete Berechnung von Nietverbindungen etwa bei der Konstruktion von Stahlbauten, Aluminiumbauwerken oder Fahrzeugkranen können Konstrukteure mehrere tiefergehende Normen heranziehen. Beispielhaft seien die wichtigsten herausgehoben:

Die europäische DIN EN 1090 regelt den Konformitätsnachweis, die werkseigene Produktionskontrolle, die Herstellerzertifizierung und die CE-Kennzeichnung für tragende Stahl- und Aluminiumbauteile, die als Bauprodukte in Verkehr gebracht werden. Die technischen Anforderungen an die Ausführung von Stahltragwerken beziehen sich auch auf genietete Verbindungen.

Aktuell, dabei in größeren Teilen noch im Entwurf befindlich, ist die Normenreihe EN 1993-1-1 bis EN 1993-1-8 zur Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten. Diese Normen zum Eurocode 3 enthalten Informationen zur Auslegung von genieteten Verbindungen in Stahlbauwerken und berücksichtigen verschiedene Belastungsfälle sowie die spezifischen Anforderungen an die Verbindungstechnik. Die Normenreihe ersetzt, beginnend im Jahre 2010, die früher gültigen Normen der Reihe DIN 18800-1 ff., die heute im Zusammenhang mit Nietverbindungen immer noch oft genannt werden.

Die DIN EN 1999-1-1 (Eurocode 9) regelt den Entwurf, die Berechnung und die Bemessung von Bauwerken und Tragwerken aus Aluminium.

Die ISO 14589 legt die Verfahren für die mechanische Prüfung von Blindnieten fest, unterstützt also die Bestimmung der Tragfähigkeit von zugbeanspruchten Nietverbindungen. Sie ist relevant, um die Festigkeit und Zuverlässigkeit von genieteten Verbindungen zu bewerten.

Die DIN 15018-3 beschreibt Grundsätze für Stahltragwerke, insbesondere die Berechnung von Fahrzeugkranen.

Die DIN EN ISO 15977 legt Maße und mechanische Eigenschaften sowie Anwendungsdaten für offene Blindniete mit Sollbruchdorn und Flachkopf, mit einer Niethülse aus Aluminiumlegierung und einem Nietdorn aus Stahl und mit den gängigen Nenndurchmessern d von 2,4 mm bis 6,4 mm fest.

Nietrechnungswerte für die Luft- und Raumfahrtindustrie

Die folgenden Normen beschreiben Nietrechnungswerte bei statischer Beanspruchung speziell für die Luft- und Raumfahrtbranche, wurden jedoch ausnahmslos zurückgezogen. Sie sind aber noch nicht final überarbeitet oder ersetzt worden. Damit können sie immer noch als Standards für die Berechnung herangezogen werden (ohne Gewähr!):

• DIN 29730-5 für Universal-Nietverbindungen
• DIN 29731-5 für Senknietverbindungen
• DIN 29734-4 und DIN 29734-6 für Blindniete mit Flachrund- und überstehendem Kopf
• DIN 29735-4 und DIN 29735-6 für Blindniete mit Senkkopf

Daneben gelten insbesondere für die Luft- und Raumfahrtindustrie, die Automobilindustrie sowie den Schienenfahrzeugbau eine ganze Reihe eigener, branchenspezifischer Normen, Richtlinien und Werksvereinbarungen, die hier den Rahmen sprengen würden.