Mechanische Verbindungen aus Aluminium

Das Verbinden von Teilen miteinander ist ein wichtiger und oft kritischer Vorgang bei der Herstellung von Produkten und Strukturen aus Aluminiumblechen oder -profilen.. Mechanische Verfahren sorgen für eine hohe Verbundfestigkeit, und sind auch bequem in der Produktion und Qualitätskontrolle. Außerdem, Mechanische Verfahren zum Verbinden von Aluminiumteilen erfordern keine teure Ausrüstung, einfach zu bedienen und leicht automatisierbar [1].

Die wichtigsten Arten mechanischer Verbindungen von Aluminiumteilen sind:

Schraubverbindungen;
Nahtverbindungen;
Nietverbindungen.

Schraubverbindungen

Arten von Schraubverbindungen

Schraubverbindungen sind steckbare Verbindungen. Aufgrund ihres Designs können sie (Abb. 1):

durch, von beiden Seiten hervorstehend;
durch, von einer Seite hervorstehend;
nicht durch (blind), von einer Seite hervorstehend.

Bild 1 – Konstruktionsarten von Schraubverbindungen [1]

Wenn geeignete Korrosionsschutzmaßnahmen ergriffen werden, dann sind Schraubverbindungen für Aluminiumblechbauteile und Aluminiumprofile durchaus geeignet:

Verbindungselemente müssen aus korrosionsbeständigem Edelstahl (Stahlgruppe A2/A4) sein.
Denn Aluminiumlegierungen haben eine relativ geringe Druckfestigkeit, Kontaktflächen müssen durch Unterlegscheiben wie unter dem Schraubenkopf geschützt werden, und unter der Nuss.

Arten von Schraubverbindungen für dünne Bleche

Neben Join-Methoden wie “Schraubenmutter” dünne Bleche können mit einer Vielzahl unterschiedlicher Schraubverbindungen miteinander verbunden werden (Abb 2).

Bild 2 -Verschiedene Arten von Schraubverbindungen für dünne Bleche [2]

Mit Befestigungselementen des Typs “Schraubenmutter” Bietet eine hohe Haftkraft. Andererseits, Spezialschrauben für dünnwandige Teile werden verwendet, um den Bohrvorgang bei der Endmontage zu eliminieren, da sich diese Schrauben ein Loch schneiden.

Arbeitsprinzip von selbstschneidenden Schrauben

Der Nachteil der meisten dünnwandigen Verbindungen ist die sehr begrenzte Schraubenlänge., der die Last trägt. Die Position kann verbessert werden, indem ein zylindrischer Kragen um das Loch gebildet wird, Was passiert, wenn Sie eine selbstschneidende Schraube installieren?. Selbstschneidende Schraube mit Hartmetallspitze, die keinen Faden hat, wirkt als Kegelstanze, der sich mit hoher Geschwindigkeit dreht und durch das Metall sticht. Durch die plastische Verformung des Blechs bildet sich um das Loch herum eine massive Schulter.. Dann schneidet eine selbstschneidende Schraube in dieses Loch ein Gewinde und stellt eine Schraubverbindung her (Abb 3).

Bild 3 – Montageprinzip selbstschneidende Schraube [1]

Schraubverbindungen für Aluminiumprofile

Zum Verbinden von Teilen aus Aluminiumlegierungen werden am häufigsten Schrauben aus korrosionsbeständigem Edelstahl mit Kopf verwendet., die zum Fixieren von Blattmaterialien geeignet ist. Aluminiumprofile zur Verbindung untereinander oder mit Plattenmaterialien können sie Längs- und Querschraubenkanäle (oder Nuten) haben (Abb 4).

Bild 4 – Schraubverbindungen für Aluminiumprofile [1]

Nahtverbindungen

Das Prinzip der Nahtverbindung von Aluminiumblechen ist in der Abbildung dargestellt 4.

Bild 5 – Schritte im Nahtverbindungsprozess
für Bleche mit gerader Kante [1]

Je nach Verwendungszweck können verschiedene Formen von Nahtverbindungen ausgeführt werden.. Von besonderer Bedeutung ist im Einzelfall die Breite des Rabatts.. Ein zu schmaler Falz hat eine geringe Festigkeit und geringe Dichtigkeit, und ein zu großer Falz führt zu einem übermäßigen Verbrauch von Plattenmaterial (Abb 6).

Bild 6 – Überlappungsbreite in Nahtstößen:
falsch (oben) und richtig (unten) [1]

Nietverbindungen

Indirektes und direktes Nieten

Nieten galten lange Zeit als veraltet und unwirtschaftlich.. Allerdings in den letzten Jahrzehnten 20 Jahrhunderts wurde das Nieten als effektive Technik wiederentdeckt, insbesondere in der Luft- und Raumfahrttechnik. Für Aluminium werden sie durch indirekte und direkte Nietverfahren verwendet (Abb 7). Beim indirekten Nieten werden die Teile mit Hilfe eines zusätzlichen Verbindungselements durch Anziehung miteinander verbunden. – separater Niet. Beim Direktnieten ist eines der zu verbindenden Teile selbst ein Nietelement und es wird kein zusätzlicher separater Niet benötigt..

Bild 7 – Nietarten: indirekt und direkt [1]

Nietarten zum indirekten Nieten von Aluminium

Derzeit werden vier Haupttypen von Nieten zum indirekten Nieten verwendet, um dauerhafte (dauerhafte) Nietverbindungen herzustellen:

Vollnieten (Abb. 8);
Auspuff (Blind)nieten (Abb 8);
Schraube (Gewinde) Nieten (Abb 8);
selbststanzende Nieten (Abb 9).

Bild 8 – Drei Arten von Nieten [1]

Bild 9 – Stanznieten [2]

feste Niete – es ist ein Stab mit einem Kopf an einem Ende, und an seinem anderen Ende, während des Nietens, ein weiteres, Festsetzung, Kopf. Diese Nieten können nur für Bauteile verwendet werden, die von beiden Seiten zugänglich sind.

Blindniet (ausziehbar) besteht aus einem oder mehreren Elementen und muss nur von einer Seite zugänglich sein.

schrauben Niet für stark belastete Nietverbindungen verwendet. Daher werden diese Nieten aus hochfesten Materialien hergestellt., die sich beim Einbau des Niets nicht leicht verformen lassen.

selbststanzende Niete Sie stanzen ein Loch für ihre eigene Installation und benötigen kein vorgebohrtes Loch.

Anwendung verschiedener Nietköpfe

Nieten unterscheiden sich durch die Art des Kopfes, die beim Einbau des Niets entsteht. Für Blech- und Leichtbaukonstruktionen, die keine dickeren Nieten benötigen, als 8 mm, verwenden Sie normalerweise solche Befestigungsköpfe wie die Köpfe der Originalnieten. Aluminiumnieten bis zu 8 mm lassen sich leicht kaltplastisch verformen (Abb 10).

Bild 10 – Verschiedene Arten von Nietköpfen und ihre Anwendungen [1]

Das Funktionsprinzip des Auspuffniets (Blindniet).

Typischerweise besteht ein Blindniet aus einem Hohlstab und einem Zugkern., der als Werkzeug zum Bilden des Montagekopfes dient.

Der Niet wird durch Ziehen des Kerns mit einem Spezialwerkzeug installiert – “Nietmaschine”. Dadurch entsteht aus der Nietstange ein Befestigungskopf (Abb 11). Wenn die Zugkraft ein bestimmtes Niveau überschreitet, der Kern bricht an der angegebenen Stelle. Die Sollbruchstelle kann innerhalb der Buchse oder im Nietkopf liegen.

Bild 11 – Blindniet-Montageprinzip [1]

Vermeidung von galvanischer Korrosion

Werkstoffe von mechanischen Verbindungselementen und zu verbindenden Bauteilen müssen korrosionsverträglich sein. Das heisst, welche Einzelheiten, die miteinander in Kontakt stehen, müssen enge elektrochemische Potentiale haben, um galvanische Korrosion zu verhindern. beispielsweise, Verbindungselemente aus Kupfer oder Messing sind für die Verbindung von Aluminiumteilen nicht geeignet.

Quellen: