Nietverbindungen einsetzen oder schrauben für Leichtbauanwendungen

Das Wichtigste auf einen Blick

Wo Nieten und Schrauben im Leichtbau aufeinandertreffen

Im Mischbau treffen Aluminium, Stahl und Faserverbundwerkstoffe aufeinander. Dort entscheidet sich je Fügestelle, ob genietet oder geschraubt wird. Im Automobilbau setzen Hersteller Stanznieten und Blindnieten ein, häufig kombiniert mit Kleben, weil sich artfremde Werkstoffe ohne Wärmeeintrag verbinden lassen. Beispiele sind die Aluminiumkarosserien von Audi und die CFK-Struktur des BMW i3.

In der Luftfahrt dominiert das Nieten seit Jahrzehnten. Rumpfschalen, Stringer und Flügelbeplankungen werden überwiegend mit Nieten gefügt. Bei CFK-Rümpfen sinkt die Zahl der Verbindungselemente, weil größere und integralere Bauteile gefertigt werden.

Schrauben bleiben, wo eine Verbindung lösbar sein muss oder hohe Zugkräfte über Vorspannung zu übertragen sind. Fahrwerk, Triebwerksaufhängung und Batterierahmen im Elektrofahrzeug sind typische Fälle. Sie werden rechnerisch nach VDI 2230 ausgelegt.

Im Automobilbau tritt das Kleben als dritter Partner hinzu. Die Klebschicht überträgt Last flächig, der Niet sichert die Fügeteile bis zur Aushärtung und nimmt Schälkräfte auf. Diese Kombination erlaubt dünne Bleche ohne sichtbare Schraubenköpfe.

Festigkeit, Gewicht, Kosten und Montagezeit im Vergleich

Die Gegenüberstellung zeigt den Grundkonflikt. Nieten liegen bei Gewicht, Bauteilzugang und Taktzeit vorn, Schrauben bei Vorspannkraft, Prüfbarkeit und Demontage. Eine Nietverbindung lässt sich nicht nachziehen. Eine Schraubverbindung kann sich unter Schwinglast lockern und braucht dann eine Sicherung.

Bei Ermüdungsbeanspruchung ist die vorgespannte Schraube im Vorteil, weil die Vorspannkraft die Lastamplitude im Bolzen senkt. Der Niet überträgt Lasten über Lochleibung, wodurch Spannungsspitzen am Rand entstehen.

Beispielrechnung: Nieten oder schrauben für eine Baugruppe

Angenommen wird eine Baugruppe mit 200 Fügestellen. Bei Nieten kostet das Verbindungselement 0,10 Euro netto, bei Schrauben 0,30 Euro netto. Das ergibt 20 Euro netto gegenüber 60 Euro netto, also 40 Euro netto Unterschied je Baugruppe.

Nun die Montage: 2 Sekunden je Niet, 8 Sekunden je Schraube. Bei 200 Stellen sind das etwa 7 Minuten gegenüber etwa 27 Minuten. Mit einem Stundensatz von 60 Euro netto entspricht das rund 7 Euro gegenüber rund 27 Euro. Zusammen liegen die Nietkosten bei etwa 27 Euro, die Schraubkosten bei etwa 87 Euro netto je Baugruppe.

Mischbau: Korrosion, Lochleibung und Toleranzen

Treffen Aluminium und Stahl aufeinander, entsteht bei Feuchtigkeit Kontaktkorrosion. Schrauben lassen sich mit isolierenden Scheiben und beschichteten Oberflächen einfacher trennen als ein gesetzter Niet, der formschlüssig im Bauteil sitzt. Niete tragen Last über Lochleibung ab, die Bohrung muss daher maßhaltig sein. Beim Schrauben gleicht die Vorspannkraft kleinere Toleranzen aus, dafür muss die Auflagefläche tragfähig bleiben.

Normen und Auslegung im Detail

Blindniete mit Zugdorn sind in DIN 7337 genormt. Die Norm legt Maße und Ausführungen fest, damit Niete unterschiedlicher Hersteller vergleichbar bleiben. Welchen Nutzen Normen für Beschaffung und Wirtschaftlichkeit haben, fasst das DIN in seinem Überblick zu DIN-Normen zusammen.

Genormte Verbindungselemente senken Beschaffungs- und Prüfkosten, weil Anbieter und Abnehmer dieselben Maße zugrunde legen; das beschreibt das DIN unter Nutzen der Normung für die Wirtschaft.

Für Schraubverbindungen gilt VDI 2230 Blatt 1. Die Richtlinie beschreibt, wie Vorspannkraft, Setzverhalten, Reibwert und Betriebslast zusammenspielen. Wer nach ihr auslegt, erhält eine Aussage über die Sicherheit gegen Vorspannungsverlust und Dauerbruch.

Montagezeit, Werkzeug und Arbeitsschutz

Die Taktzeit hängt am Werkzeug. Druckluft-Nietzangen setzen einen Blindniet in zwei bis drei Sekunden. Schrauber mit Drehmomentkontrolle brauchen länger, weil jede Stelle definiert angezogen und dokumentiert wird. Beim Setzen von Nieten mit Schlag- oder Druckluftwerkzeugen entsteht Hand-Arm-Vibration. Die DGUV erläutert Vibration als Belastung und die daraus folgenden Beurteilungspflichten im Arbeitsschutz.

Für Niettechnik stehen beispielhaft Gesipa aus Altdorf bei Nürnberg und Böllhoff aus Bielefeld. Beide liefern Blindniete, Setzgeräte und Zubehör für die Serienfertigung.

Häufige Fragen

Wann sind Nieten im Leichtbau die bessere Wahl?

Wenn nur von einer Seite zugearbeitet werden kann, das Gewicht der Fügestelle zählt und die Verbindung nicht lösbar sein muss. Im Mischbau mit Klebstoff fixiert der Niet die Fügeteile bis zur Aushärtung.

Wann ist Schrauben die bessere Wahl?

Wenn hohe Zuglasten, Vorspannkraft oder spätere Demontage gefordert sind, etwa an Fahrwerk, Triebwerksaufhängung oder Batterierahmen. Dann ist eine Auslegung nach VDI 2230 sinnvoll.

Wie groß ist der Kostenunterschied zwischen Nieten und Schrauben?

Im reinen Stückpreis etwa 0,10 Euro netto gegen 0,30 Euro netto. Mit Montagezeit und Werkzeug wächst der Abstand, wie die Beispielrechnung für 200 Fügestellen zeigt.

Ersetzen Niete Schrauben in der Luftfahrt?

Nein. Rumpf und Tragflächen sind überwiegend genietet, lösbare und hoch belastete Stellen bleiben verschraubt. Bei CFK-Bauteilen geht die Zahl der Verbindungselemente insgesamt zurück.

Muss man beim Nieten Arbeitsschutz beachten?

Ja. Handgeführte Nietwerkzeuge erzeugen Hand-Arm-Vibration. Beurteilung und Expositionsgrenzwerte regelt die DGUV.