Alles über Blindnieten

In der Welt der Prominenten ist der Preis dafür, bekannt zu sein, dass die Öffentlichkeit zu viel über das Privatleben eines Stars weiß. Aber in der Montagewelt ist der Preis dafür, dass es sich um eine bekannte Technologie handelt, dass Endbenutzer manchmal zu viel über einen Prozessvorteil wissen und zu wenig über seine anderen Vorteile.

Dies ist beim Blindnieten der Fall. Viele Menschen in der Fertigung wissen, dass dieser Prozess es einem Monteur ermöglicht, eine Niete von nur einer Seite eines Teils oder einer Struktur vollständig in eine Verbindung einzubauen. Viel weniger wissen um die weiteren wichtigen Vorteile, die diese Nieten gegenüber Schraubverbindungen bieten.

Zunächst einmal dürfen die Nieten weder zu fest angezogen noch zu fest angezogen oder gelöst werden. Sie verbinden schnell, einfach und kostengünstig Metalle, Kunststoffe, Verbundwerkstoffe, Holz, Faserplatten und Hohlrohrstrukturen. Blindniete widerstehen außerdem Vibrationen, sichern Verbindungen mit einer kurzen Klemmlänge und verhindern die Möglichkeit einer Oberflächenbeschädigung.

Interessanterweise sind Blindnieten eine der ältesten Arten von Verbindungselementen, denn sie gibt es schon seit mehr als einem Jahrhundert. Der POP-Niet (so genannt, weil er beim Einbau „knallte“) wurde 1916 vom britischen Ingenieur Hamilton Neil Wylie patentiert. Innerhalb von 30 Jahren wurden Blindniete mit Sollbruchstift aus Stahl und Aluminium in mehreren Branchen in ganz Europa und den Vereinigten Staaten weit verbreitet eingesetzt.

Blindnieten erfreuen sich in Europa immer noch großer Beliebtheit, und dort finden einige der interessantesten Nietentwicklungen und -installationen statt. Sarev SRL Unipersonale mit Sitz in Padua, Italien, stellt beispielsweise verschiedene Arten von Blindnieten her – darunter den Mass-Niet, der aus einem Kupferkörper, einem verkupferten Dorn und einem Faston-Anschluss aus Messing besteht.

Aufgrund dieser Eigenschaften leitet der Niet auch Strom und wird häufig bei der Montage von Haushaltsgeräten und Schalttafeln verwendet. Es wird von Sarev-Ingenieuren individuell entworfen und basiert auf der Anzahl der anzuschließenden Kabel und der Art der in der Anwendung zu befestigenden Materialien.

Viel weiter nordöstlich, in Nischni Nowgorod, Russland, verwendet der Autoturboladerhersteller CZ as rohrförmige Blindnieten, um ein ID-Schild am Kompressorgehäuse des Produkts anzubringen. Die Nieten werden mit einem Einwegdorn mit einer Geschwindigkeit von bis zu 70 pro Minute montiert. Ursprünglich wurden Hammerschrauben verwendet, um die Platten an Ort und Stelle zu halten, doch der Hammer beschädigte oft den Schraubenkopf und die eingebauten Schrauben sahen schlecht aus.

Als Blindniete erstmals eingeführt wurden, bestanden sie aus Aluminium und dienten als Ersatzbefestigung für Vollnieten, die repariert werden mussten. Mehr als 100 Jahre später gibt es Nieten in verschiedenen Arten, Materialien und Kopfformen und sie werden zunehmend zur Montage von Produkten in so unterschiedlichen Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobil, Elektronik, Solarenergie, Schmuck und Holzverarbeitung verwendet.

Insbesondere bei großen Baugruppen hat sich die Blindniettechnik seit Jahrzehnten bewährt. Daher werden Blindnieten in Haushaltsgeräten, schweren Lastkraftwagen, Traktoren, Garagentoren und vorgefertigten Metallgebäuden verwendet. Zunehmend werden die Nieten aber auch zur Montage kleinerer Produkte, etwa elektronischer Bauteile in Mobiltelefonen, eingesetzt.

Ein Blindniet ist ein zweiteiliges Befestigungselement, das aus einem hohlen Nietkörper mit Kopf und einem massiven Dorn (oder Schaft) besteht. Der Körper sieht aus wie eine kleine Röhre, die an einem Ende aufgeweitet ist. Ein Loch oder Kern erstreckt sich normalerweise über die Länge des Körpers. Der Dorn ragt aus dem Kern heraus und sieht aus wie ein Nagel oder Draht.

Nachdem ein Loch durch die zu verbindenden Teile gebohrt oder gestanzt wurde, wird der Nietkörper eingesetzt. Als nächstes werden die Backen im Mundstück des Nietwerkzeugs so positioniert, dass sie den Dorn richtig greifen. Wenn das Werkzeug den Dornkopf in den Nietenkörper zieht, dehnt der Kopf die Wände des Niets radial aus, um das Loch zu füllen. Durch dieses Ziehen verformt sich auch der Nietkörper zu einem tragenden Kopf oder Wulst am Ende des Niets, wodurch die Bleche zusammengeklemmt werden. Sobald das Werkzeug eine vorgegebene Setzkraft bzw. Zugbelastung erreicht, bricht der Dorn ab und fällt entweder zu Boden oder wird per Vakuum in eine Auffangvorrichtung befördert.

Ausrüstungslieferanten weisen darauf hin, dass das Sammeln von Dornen in Automobil- und Luft- und Raumfahrtwerken besonders wichtig ist, um Ablagerungen zu begrenzen. Kleine lose Metallteile können in einem Auto ein Klappern verursachen, das den Fahrer stört, während sie in einem Flugzeug schwere strukturelle Schäden verursachen können.

Die typische Blindnietinstallation dauert weniger als eine Sekunde und erfordert, dass der Arbeiter den Werkzeugabzug nur einmal betätigt. Für die Installation extra langer Nieten sind möglicherweise zwei Abzugsvorgänge erforderlich, wenn der Kolbenhub des Werkzeugs zu kurz oder die Zugkraft des Werkzeugs zu gering ist.

„Auch wenn Blindnieten eine zuverlässige Befestigungsmethode ist, gibt es doch Einschränkungen“, sagt Craig Bonnville, Vertriebsleiter der GESIPA-Nietabteilung bei SFS Group USA Inc. „Die Installation von Verbindungselementen erfolgt schnell und dauerhaft. Allerdings, wenn die Niete es sein muss.“ Wenn die Niete entfernt und nachbearbeitet wird, muss besonders darauf geachtet werden, dass die Niete korrekt und ohne Beschädigung der Anwendung entfernt wird. Darüber hinaus ist es hilfreich, den Monteur über das Werkzeug zu schulen, um sicherzustellen, dass alles wie vorgesehen funktioniert und die Niete in der Anwendung korrekt befestigt wird. "

GESIPA stellt mehrere Montagewerkzeuge her, darunter das elektrische Handmodell GAV 8000. Die Basis-Eco-Version verfügt über keine Prozessüberwachung, während die elektronische Version diese Möglichkeit bietet.

Laut Bonnville verfügen beide Versionen über benutzerfreundliche Menü- und Funktionstasten auf einem HMI-Display. Die Werkzeuge verarbeiten Nieten mit einer Körperlänge von mehr als 30 Millimetern und einem Flanschdurchmesser von bis zu 11,4 Millimetern. Alle verbrauchten Dorne werden über einen Schlauch evakuiert, der an einen Sammelbehälter angeschlossen ist.

„Automobilingenieure werden häufig dazu ermutigt, Verbindungselemente, Clips und Blindnieten zu entwickeln, um die Komplexität der Montage und Logistik bei der Verwaltung von Komponenten der Klasse C zu reduzieren“, erklärt Steven Sherman, Vizepräsident für Technik bei Industrial Rivet & Fastener Co. (IRFC). , das seit 1912 alle Arten von Nieten herstellt. „Unserer Erfahrung nach werden sie aus einer ganzen Reihe von Gründen viel häufiger für neue Anwendungen entwickelt, je häufiger sie entwickelt werden.“

Blindnieten gibt es in verschiedenen Typen, Materialien, Durchmessern, Klemmbereichen und Kopfformen. Standardnieten mit offenem Ende sind am gebräuchlichsten und kostengünstigsten, aber weder wasserdicht noch sehr stark.

Nieten mit geschlossenem Ende haben eine becherförmige Endkonfiguration, die das Eindringen von Wasser aus dem Inneren des Nietkörpers verhindert, jedoch nicht zwischen der Außenseite des Körpers und dem Material. Versiegelte Nieten ähneln Standardnieten, mit der Ausnahme, dass der Dorn vollständig umschlossen ist, was nach der Installation zu einer wasserdichten Versiegelung führt.

Multi-Grip-Nieten komprimieren sich bei Verwendung auf dünnem Material, sodass weniger Material auf der Rückseite herunterhängt. Nichtstrukturelle Nieten brechen den Dorn in der Nähe des Kopfes auf der Blindseite, sodass ein kurzes Stück Dorn im Nietkörper zurückbleibt und der Kern teilweise gefüllt ist.

Im Gegensatz dazu behalten Strukturnieten einen Teil des Dorns nach dem Abbrechen und sorgen so für eine hohe Scher- und Zugfestigkeit sowie Vibrationsfestigkeit. Diese Nieten können als Ergänzung zu Strukturklebstoffen verwendet werden, indem sie die Teile sichern, während der Klebstoff aushärtet.

Blindniete werden durch das Niet- und Dornmaterial (in dieser Reihenfolge) spezifiziert, und es wird immer empfohlen, beide Materialien aufeinander abzustimmen. Zu den Nietmaterialien gehören Stahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer, Messing und Kunststoff. Zu den branchenspezifischen Materialien gehören Nylonnieten, die Tier-1-Unternehmen und Erstausrüster der Automobilindustrie zum Verbinden geformter Kunststoffkomponenten verwenden, sowie Nieten aus Nichteisenlegierungen aus Monel und Inconel, die häufig für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt spezifiziert werden.

Der Standarddurchmesser einer Niete liegt zwischen 0,094 und 0,375 Zoll. Allerdings benötigen Hersteller in bestimmten Märkten häufig Nieten mit einem Durchmesser von bis zu 0,625 Zoll.

„Bestimmte Arten von Nieten, wie unsere Speed ​​Fastening-Serie, erfreuen sich immer größerer Beliebtheit“, bemerkt Samir Custovic, Produktmanager für Blindbefestigungen in Nordamerika bei Stanley Engineered Fastening. „Mehrere Versionen, darunter NeoSpeed, Briv und Chobert, sind verfügbar und werden mit einem einzigartigen Wiederholungsdornsystem installiert. Während der Platzierung zieht unser Werkzeug den Dorn durch den Niet, was sowohl zu einer axialen als auch radialen Ausdehnung führt und gleichzeitig für Klemmung und Lochfüllung sorgt.“ "

Bei dem Werkzeug, auf das sich Custovic bezieht, handelt es sich um das batteriebetriebene Stanley SB25PT-05, das abwärtskompatibel mit der zugrundeliegenden hydropneumatischen Vorgängerserie ist. Beide verfügen über das gleiche Schnittstellendesign, was dem Bediener den Wechsel von einem kabelgebundenen zu einem kabellosen Werkzeug erleichtert.

Ebenso wichtig ist, dass das Werkzeug schnell wiederholbare Verbindungen mit hoher Genauigkeit herstellt. Zu den Standardfunktionen gehören ein Ein-Finger-Auslöser mit geringem Kraftaufwand, ein ergonomischer Softgrip-Griff für mehr Bedienerkomfort und eine LED-Leuchte, die eine klare Sicht auf die Anwendung gewährleistet.

Seit etwa einem Jahr verwendet ein in den USA ansässiger Hersteller die Blindniete SB25PT-05 und NeoSpeed ​​zur Montage von Industrieleitern. Das Unternehmen hat in dieser Zeit Millionen solcher Nieten installiert und zieht sie den zuvor verwendeten Vollnieten vor. Besonders gefällt mir, dass das System ein schnelles Nachladen der Nieten ermöglicht und keinen Dornabfall hinterlässt.

Jeder Blindniet verfügt über einen bestimmten Klemmbereich, der die dickste und dünnste Materialkombination angibt, die er ordnungsgemäß zusammenhalten kann. Je größer der Bereich, desto größer die Variation der Dicken, bei denen ein einzelner Niet verwendet werden kann.

Zu den Blindnietkopfausführungen gehören Kuppel (Standard), übergroße Kuppel und flach. Der übergroße Kuppelkopf wird typischerweise bei weicheren Materialien verwendet, um die Tragfläche zu vergrößern. Ein flacher Kopf ist für einen bündigen Sitz versenkt.

Zur Befestigung von Baugruppen aus Verbundwerkstoffen wie Kunststoff, Glasfaser und Sperrholz werden Nieten mit unterschiedlichen Staucharten verwendet. Diese Nieten bewirken eine dreifache Ausdehnung (wie sich öffnende Blütenblätter) auf der Rückseite des Materials, sodass die Klemmkraft verteilt wird.

Der Bulb-Tite von GESIPA ist eine solche Niete. Es verfügt über einen Schließkopf mit großem Durchmesser, der den Druck sanft auf empfindliche und poröse Materialien verteilt. Zu den gängigen Automobilanwendungen gehört das Verbinden von Verbundwerkstoffen bei der Montage von Lautsprechern, Türmodulen, Karosserie- und Instrumententafeln sowie Sitzen.

Der Schließkopf schützt den Niet vor dem Herausziehen aus der Anwendung und der verriegelte Dorn hält die Verbindung auch bei hoher Belastung sicher zusammen. Den Endbenutzern gefällt auch, dass der Schließkopf ästhetisch ansprechend ist und ein niedriges Profil aufweist. Der Niet hat einen großen Klemmbereich und sorgt für eine dichte Verbindung, die auch bei Vibrationen klapperfrei bleibt.

Beliebt bei den Herstellern sind auch Blindnietmuttern und Mutternbolzen. Die einteilige Nietmutter verfügt über tragende Innengewinde zur Befestigung abnehmbarer Teile in Material, das möglicherweise zu dünn ist, um ein Gewinde aufzunehmen. Ein Mutternbolzen kombiniert eine Nietmutter mit einer Schraube und ist ein wirksamer Ersatz für einen Schweißbolzen. Es kann auch in vorlackiertes Material eingebaut werden.

Für die Montage von Blindnieten ist ein Werkzeug erforderlich, das den Körper an Ort und Stelle hält, während der Dorn in oder durch die Niete gezogen wird. Es steht eine breite Palette manueller und automatisierter Werkzeuge zur Verfügung. Zu letzteren zählen hydropneumatische und kabellose elektrische Antriebe, die in den letzten 25 Jahren leichter, leistungsstärker und ergonomischer geworden sind.

Jedes Werkzeug ist mit einem oder mehreren Mundstücken ausgestattet, um die am häufigsten verwendeten Nietgrößen einzustellen. Für bestimmte Anwendungen, bei denen eine größere Reichweite in enge Kanäle oder eine Schwenkfunktion erforderlich ist, sind spezielle Mundstücke erhältlich.

Manuelle, zangenartige Handwerkzeuge sind im Allgemeinen auf Anwendungen mit geringem Volumen beschränkt. Sie können nur Nieten mit kleinerem Durchmesser und solche aus weicheren Materialien einbauen. Handwerkzeuge hingegen sind leicht und vielseitig.

Automatisierte Installationswerkzeuge, zu denen Nietpistolen mit Pistolengriff und Inline- oder Vertikalnietgeräte gehören, bieten eine größere Zugkapazität und können dem Stoß, der beim Setzen einer Niete entsteht, besser standhalten. Die Werkzeuge mit Pistolengriff sind für den Einsatz in horizontaler Ebene konzipiert.

Inline-Nietgeräte bieten die Möglichkeit zum vertikalen Nieten und können wie ein Inline-Schraubendreher an einem Gegengewicht aufgehängt werden. Für großvolumige Anwendungen können Nietwerkzeuge mit mehreren Köpfen ausgestattet werden, die mehr als ein Befestigungselement gleichzeitig installieren. Die Werkzeuge können auch mit automatischen Zuführeinheiten für mehrere tausend Nieten geliefert werden.

„Etwa 98 Prozent der Werkzeuge, die zum Setzen von Blindnieten für die Montage verwendet werden, sind handgeführte Werkzeuge“, sagt Sherman. „Das liegt daran, dass handgeführte Werkzeuge die einfachste Möglichkeit sind, mehrere Metall- und Kunststoffschichten zu verbinden. Hersteller verwenden auch Inline- und robotermontierte Werkzeuge, aber nur, wenn die Anwendung dies erfordert.“

IRFC bietet ein komplettes Sortiment an Werkzeugen zum Setzen von Blindnieten, einschließlich manueller und hebelbetriebener, automatischer Zuführung, pneumatischer, batteriebetriebener und End-of-Arm-Werkzeuge, die an einem Roboter montiert werden können. Dieses letztere Werkzeug ist roboterunabhängig und wird von IRFC-Ingenieuren für jede Anwendung maßgeschneidert und entwickelt.

Vor weniger als zwei Jahren stellte IRFC die dritte Generation seines akkubetriebenen Freeset-Werkzeugs vor. Kraft- und Wegsensoren im Werkzeug ermöglichen eine Prozessüberwachung jeder Nietenmontage. Zu den weiteren Funktionen gehören ein LCD-Bildschirm, ein Nietenzähler und eine Wi-Fi-Karte, die Daten drahtlos an die Werkzeugsteuerung sowie an das Rechenzentrum des Werks sendet, um das Management zu verfolgen und zu analysieren.

Im vergangenen Herbst stellte GESIPA mit dem PowerBird Pro Gold Edition ein Akku-Werkzeug mit einer Setzkraft von 20 Kilonewton für besonders starke Nieten vor. Es verarbeitet Nieten mit einem Durchmesser von 2,4 bis 6,4 Millimetern und wird von einem CAS-Akku (Cordless Alliance System) angetrieben, der entweder auf Lithium-Ionen- oder Lithium-Ionen-Hochdichtetechnologie basiert. Im Lieferumfang des Geräts ist standardmäßig ein 2-Ampere-Stunden-Akku enthalten, ein kompakter 4-Ampere-Stunden-Akku ist als Zubehör erhältlich.

„Dieses Werkzeug ist nicht nur ergonomischer, sondern ermöglicht es Monteuren auch, eine große Menge an Nieten mit einer Akkuladung zu installieren“, erklärt Bonnville. „Endbenutzer schätzen die CAS-Batterie auch deshalb, weil sie in allen unseren PowerBird-Nietmontagewerkzeugen verwendet werden kann und viele Kunden mehr als einen Typ von PowerBird-Werkzeugen haben.“

Ebenfalls batteriebetrieben ist die Nietpistole PB2500 SMART von Stanley. Seine Intelligenz verdankt es sozusagen einem integrierten Prozessüberwachungssystem mit integriertem Touchscreen. Nachdem die Kraft-Weg-Daten für jede Nietinstallation ermittelt wurden, vergleicht das System diese sofort mit einer „guten“ Kraft-Weg-Kurve. Der Bediener wird dann darüber informiert, ob der installierte Niet in Ordnung ist oder nicht. Bis zu 500.000 Einstellergebnisse können zur späteren Analyse im Tool gespeichert werden.

Das Werkzeug ist außerdem Wi-Fi- und Bluetooth-fähig und für Blindnietarbeiten am Fließband oder an einem entfernten Standort konzipiert. Custovic sagt, dass es die Qualität und Robustheit des ursprünglichen PB2500-Werkzeugs bietet und darüber hinaus kabellos ist, um die Zugänglichkeit, Mobilität und Produktivität der Arbeiter weiter zu verbessern.

Das Blindniet-Installationswerkzeug von IRFC mit automatischer Zuführung heißt Kingset und führt Standardnieten (Durchmesser 0,1875 Zoll) aus einem Kunststoffstreifen zu, der in das Werkzeug geladen wird. Es wiegt 5,5 Pfund und hat eine Zykluszeit von zwei Sekunden und eine Nachladezeit von acht bis zehn Sekunden. Alle verbrauchten Dorne werden gesammelt, um zu verhindern, dass sie den Arbeitsbereich verstopfen.

Ein Hersteller elektronischer Komponenten nutzt das Kingset seit drei Jahren für die Montage von Blechchassis. Laut Sherman gefällt dem Unternehmen, dass das Tool den Prozess rationalisiert und die Bewegung des Bedieners reduziert. Der Bediener setzt gleichzeitig die Niete ein und richtet gleichzeitig die vorgebohrten Löcher im Metall aus, wodurch die Zykluszeit für jede Montage um etwa 2 Minuten verkürzt wird. Kürzere Zyklen ermöglichen es dem Unternehmen, jährlich schätzungsweise 600.000 Einheiten zu produzieren.

Jim ist leitender Redakteur von ASSEMBLY und verfügt über mehr als 30 Jahre redaktionelle Erfahrung. Bevor er zu ASSEMBLY kam, war Camillo Herausgeber von PM Engineer, Association for Facilities Engineering Journal und Milling Journal. Jim hat einen Abschluss in Englisch von der DePaul University.