Unterschied zwischen Heißnieten und Kaltnieten

Das Nietfügen ist eine Art des dauerhaften Fügeverfahrens, das zwei metallische Komponenten ausreichend fest verbinden kann. Es bietet eine dauerhafte, solide und zuverlässige Verbindung; insbesondere die Antilockerungsfähigkeit selbst bei ununterbrochener Vibration begünstigt das Nieten gegenüber dem Schweißen in vielen Fällen, einschließlich Brückenkonstruktionen. Nieten ist im Grunde eine Überlappverbindung zweier Teile mit Nieten unter Zuhilfenahme von Laschen. Niet ist im Grunde ein kleiner zylindrischer Stab, der normalerweise aus weichem Material mit einem Kopf an einem Ende besteht. Der zylindrische Schaft des Niets muss ausreichend länger sein als die Gesamtdicke der Komponenten und Laschen. Beim Nieten werden diese Nieten durch Löcher eingeführt, die an den Komponenten angebracht sind, und das vorstehende Ende (Endabschnitt) der Niete wird gehämmert (gestaucht), um einen weiteren Kopf zu bilden. Solche Löcher müssen vor dem Nieten an vorgesehenen Stellen in Komponenten gebohrt werden. Zwei feste Nietenden halten die Bauteile fest.

Auf der Grundlage der Temperatur, bei der hervorstehende Teile der Niete gehämmert werden, kann das Nieten in zwei Kategorien eingeteilt werden – Heißnieten und Kaltnieten. Beim Heißnieten wird das Nietende vor dem Hämmern durch externe Mittel (z. B. Flammenerwärmung) erhitzt. Die Heiztemperatur liegt bei etwa 2/3 ^rd Schmelzpunkt des Nietmaterials. Aufgrund einer solchen Erwärmung wird das Material weich und plastisch und daher ist eine geringere Stauchkraft erforderlich. Wenn das Nietmaterial hart ist, wie z. B. Edelstahl, wird Heißnieten bevorzugt, da eine geringere Kraft erforderlich ist. Es ist auch günstig für Nieten mit großem Durchmesser, normalerweise mit einem Durchmesser von mehr als 10 mm. Die Wärmeausdehnung der Niete aufgrund von Erwärmung spielt auch eine wichtige Rolle bei der Haltekraft.

Im Gegenteil, Kaltnieten wird nur bei Raumtemperatur durchgeführt. Hier wird der Niet nicht erhitzt und somit bei Raumtemperatur gehämmert. Zum Stauchen ist also eine vergleichsweise höhere Kraft erforderlich; jedoch ist keine Wärmequelle zum Erhitzen von Nieten erwünscht. Auch die Aufheizzeit ist damit nicht verbunden, der Vorgang geht also vergleichsweise schneller. Wenn der Nietdurchmesser jedoch groß ist oder aus festerem Material besteht, ist eine große Schlagkraft erforderlich. Diverse Unterschiede zwischen Warmnieten und Kaltnieten sind hier tabellarisch aufgeführt.

Tabelle:Unterschiede zwischen Heißnieten und Kaltnieten

Erwärmung der Nieten und Wärmequelle: Heißnieten wird durchgeführt, indem das überstehende Ende von Nieten auf eine erhöhte Temperatur (50 – 70 % des Schmelzpunkts des Nietmaterials) erhitzt und dieses Ende anschließend gestaucht wird, um einen weiteren Kopf herzustellen. Daher ist eine spitze Wärmequelle mit hoher Energiedichte erforderlich, um Wärme schnell aufzubringen. Üblicherweise wird für diesen Zweck eine Brennstoff- oder Gasflamme verwendet. Das Kaltnieten erfordert jedoch keine Erwärmung zum Hämmern und daher ist die Wärmequelle für es irrelevant.

Fesselzeit: Das Heißnieten nimmt mehr Zeit in Anspruch, da die Niete kurz vor dem Hämmern (Stauchen) erhitzt werden. Das Kaltnieten wird bei Raumtemperatur durchgeführt, daher ist keine Erwärmungszeit damit verbunden. Dadurch ist es schneller, wirtschaftlicher und produktiver.

Nietenbelastung, Dichtheit und Undichtigkeit: Die Nietverbindung wird immer auf Scherung beansprucht, da die Kraft normalerweise entlang der Komponenten oder senkrecht zur Nietachse aufgebracht wird. Es ist unabhängig davon, wie genietet wird (warm oder kalt). Tatsächlich ist das Scherversagen von Nieten ein wichtiges Konstruktionskriterium beim Entwerfen von Nietpositionen. Beim Warmnieten wird jeder Niet neben der Scherbeanspruchung auch auf Zug beansprucht. Diese Zugspannung ist unabhängig von der äußeren Belastung der Bauteile. Wie jedes Material erfährt auch Nietenmaterial beim Erhitzen eine Volumenausdehnung. Da das freie Ende des Niets im heißen Zustand gehämmert wird, ist die freie Kontraktion eingeschränkt und es entsteht beim Abkühlen eine Zugspannung. Diese Zugspannung hilft dabei, Komponenten fest und lecksicher zu greifen. Jedoch wird keine solche Zugspannung innerhalb von Nieten induziert, wenn Kaltnieten durchgeführt wird, da keine Erwärmung durchgeführt wird und somit keine volumetrische Ausdehnung oder Kontraktion damit verbunden ist.

Schlagkraft: Technische Materialien können entweder durch Aufbringen einer ausreichenden Kraft oder durch Erhöhen der Temperatur auf ein bestimmtes Niveau vom elastischen in den plastischen Zustand überführt werden. Ein festes Material im plastischen Zustand wird sehr dehnbar und erfordert eine wesentlich geringere Kraft (Spannung) für die Dehnung (Dimensionsänderung). Beim Heißnieten wird der Nietenschwanz durch Erhitzen bei erhöhter Temperatur plastisch, und daher ist eine geringere Hammerkraft erforderlich. Beim Kaltnieten verbleibt das Nietmaterial im elastischen Zustand, da keine Erwärmung erfolgt und daher eine vergleichsweise höhere Hammerkraft zum Ausbeulen des Endstücks erforderlich ist.

Wann wird Heißnieten gewünscht? Wenn das Nietmaterial hart ist, wie z. B. Edelstahl, wird das Heißnieten bevorzugt, da sonst eine große Hammerkraft aufgebracht werden muss. Folglich kann Kaltnieten durchgeführt werden, wenn das Nietmaterial weich ist, wie Aluminium oder Messing. Wenn der Nietdurchmesser größer als 10 mm ist, wird aus Sicht der Abmessungen das Warmnieten empfohlen, da es weniger Kraft beim Stauchen erfordert. Bei Nieten mit kleinerem Durchmesser kann Kaltnieten durchgeführt werden.

In diesem Artikel wird ein wissenschaftlicher Vergleich zwischen Heißnieten und Kaltnieten vorgestellt. Der Autor empfiehlt Ihnen außerdem, die folgenden Referenzen durchzugehen, um das Thema besser zu verstehen.

• Unterschied zwischen Heißnieten und Kaltnieten von difference.minaprem.com.
• Einführung in das Maschinendesign von V. B. Bhandari (2017, McGraw Hill Education India Private Limited).