Warum werden bei Flugzeugen Nieten statt Schweißnähte verwendet?
Befestigungselemente finden in der Luftfahrt breite Anwendung. Flugzeugflügel sind im Allgemeinen dünn, aber sehr robust. Bei genauer Betrachtung des Flugzeugs erkennt man die vielen Nieten an der Außenhülle.
Man sagt, dass sich in einem Flugzeug Millionen von Nieten befinden. Warum also wählt man im Flugzeugbau nicht einfach das bequeme Schweißverfahren, sondern dieses scheinbar mühsame Nietverfahren, für das Millionen von Nägeln benötigt werden?
1. Schweißen ist schwierig.
Um das Gewicht von Flugzeugen zu reduzieren, verwenden Ingenieure beim Flugzeugbau möglichst leichte Materialien. Flugzeughüllen sind im Allgemeinen sehr dünn. Bei zu dünnen Umschlägen ist das Zusammenschweißen sehr aufwendig. Darüber hinaus ist das Verbundmaterial der Hülle anfälliger für Schäden durch Schweißen und die Verbindung verschiedener Materialien muss durch physikalische Mittel fixiert werden. Daher ist es besser, Nieten zu verwenden.
2. Das zu schweißende Material erzeugt während des Fluges und Schweißens viel Wärme und ist nicht für den Einsatz in Flugzeugen geeignet.
Wenn ein Flugzeug mit hoher Geschwindigkeit fliegt, entsteht an der Oberfläche viel Wärme. Und da sich die Temperatur in der Flugumgebung stark ändert, beeinträchtigt dieses Phänomen der Wärmeausdehnung und -kontraktion die Qualität der Lötverbindungen erheblich.
Manche Flugzeugrümpfe bestehen aus Aluminium, das eine geringe Hitzebeständigkeit aufweist. Beim Schweißen entsteht viel Wärme, weshalb das Schweißverfahren für Flugzeuge mit Aluminiumrumpf nicht geeignet ist.
3. Das Flugzeug befindet sich lange Zeit in einer Resonanzumgebung.
Denn das Flugzeug befindet sich während des Fluges über längere Zeit in einer Resonanzumgebung. Beim Schweißen kann es leicht brechen.
4. Nieten sind stabiler als Schweißen.
(1) Das Schweißen hat viele Nachteile. Dünne oder dicke Schweißnähte können sich auf das Flugzeug auswirken.
(2) Nieten erhöhen die Sicherheit des Flugzeugs und tragen auch zur Verringerung des Flugwiderstands bei.
(3) Durch die Verwendung von Nieten können die Kosten erheblich gesenkt werden.
(4) Nieten sind umweltfreundlicher als Schweißen.
(5) Bei starken Turbulenzen während des Fluges kommt es zu starken Schwingungen der Tragflächen des Flugzeugs auf und ab. Beim Schwung wird die Flügelhülle gedehnt bzw. gequetscht. Bei der Anwendung des Schweißverfahrens verringert sich die Festigkeit der Schweißnaht bei wiederholten Spannungswechseln deutlich. An diesen Schweißstellen können mit der Zeit kleine Risse entstehen. Nach längerer Zeit ist die Schweißnaht anfällig für Metallermüdungsprobleme.
Durch die Nietverbindung kann die Schwingungsübertragung zwischen den Verbindungsstellen verringert werden und dadurch die Gefahr von Stoßrissen reduziert werden. Bei solchen wiederholten Belastungswechseln ist die Festigkeit besser und zuverlässiger.
5. Nieten erleichtert eine einheitliche Standard- und Mengenproduktion.
Die Schweißqualität hängt weitgehend von der Geschicklichkeit des Bedieners ab und die Zufälligkeit der Schweißdicke ist relativ groß. Es ist noch immer schwierig, einheitliche Standards zu entwickeln.
Die Parameter der im Nietprozess verwendeten Nieten weisen sehr geringe Fehler auf und eine Qualitätskontrolle sowie eine standardisierte Produktion sind problemlos möglich. Die Bearbeitungsgenauigkeit von Nieten wird auf Mikrometerebene kontrolliert.
6. Nieten verringern den Luftwiderstand des Flugzeugs während des Fluges.
Nieten erhöhen den Luftwiderstand nicht, sondern verringern ihn. Denn in der Luft- und Raumfahrtindustrie werden vor allem Konvex- und Senknieten verwendet. Da im Inneren des Flugzeugs keine Anforderungen an die aerodynamische Form gestellt werden, werden hauptsächlich Nieten mit konvexem Kopf verwendet, da diese kostengünstig und leicht zu verarbeiten sind. Senkkopfnieten werden hauptsächlich im Außenbereich des Flugzeugs verwendet, da sie den Luftwiderstand des Flugzeugs wirksam verringern können. Während des Bearbeitungsprozesses werden strenge Anforderungen an die Toleranzen der Nagelkappe und benachbarter Strukturen gestellt.
Diese Anwendung hat bemerkenswerte Ergebnisse gebracht. Entsprechend den einschlägigen Daten aus dem Zweiten Weltkrieg kann durch den Einsatz von Senknieten der Widerstand des Flugzeugs um etwa 3 % reduziert werden.
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