Warum werden Flugzeuge genietet und nicht geschraubt?

Nieten müssen die beiden Teile zusammenpressen UND Scherung übertragen. Der Druck führt zu Reibung, die für einen erheblichen Teil der zwischen zwei genieteten Platten übertragenen Last verantwortlich ist. Um der maximal möglichen Scherung standzuhalten, benötigt der Niet eine glatte Oberfläche. Ein Gewinde würde es durch die Kerbwirkung des Gewindes deutlich anfälliger machen.

Da Hautplatten und Flansche in ihrer Dicke variieren, müssten VIELE verschiedene Schraubengrößen auf Lager gehalten werden, damit jede Kombination von Plattendicken mit einer passenden Schraube abgedeckt wird, die genau die richtige Menge an glatter Schaftlänge hat. Nieten hingegen werden während der Herstellung auf die richtige Länge gehämmert, sodass nur wenige Größen benötigt werden, um all diese Plattendicken abzudecken.

Früher waren Metallbearbeitungswerkzeuge viel ungenauer als heute. Für eine optimale Schubübertragung muss der Bolzen fest in seinem Loch sitzen. Früher ging das nicht mit Schrauben, sondern nur mit Nieten, die beim Setzen dicker werden. Und da die Luftfahrtbehörden SEHR konservativ sind, sind die am einfachsten zu zertifizierenden Verbindungen die bewährten Nietverbindungen.

Die Reparierbarkeit ist bei der Verwendung von Nieten ausreichend, insbesondere wenn nur eine Seite erreicht werden kann. Die Nieten werden mit einem Bohrer aufgebohrt, dessen Durchmesser etwas kleiner ist als die ursprüngliche Lochgröße. Es wird darauf geachtet, das ursprüngliche Loch nicht zu überdimensionieren. Anschließend werden die Nieten bei ausreichend dickem Material mit Hammer und Durchschlag herausgeschlagen. Wenn das Material zu dünn oder zerbrechlich ist, um einen Schlag und Hammer zu ermöglichen, wird die Niete mit einem Bohrer aufgebohrt, der der ursprünglichen Größe des Nietlochs entspricht, wobei darauf geachtet wird, das Loch nicht zu groß zu machen. Wenn das Loch beim Entfernen beschädigt oder überdimensioniert ist, kann je nach den vorliegenden Bedingungen ein größeres Loch gebohrt und ein entsprechender Niet angebracht werden. Nach der Inspektion oder Reparatur werden die Teile wieder miteinander vernietet.

Wenn Sie für eine bestimmte Festigkeit die geringste Masse benötigen, gewinnen wieder Nieten gegenüber Schrauben. Der Unterschied mag für die einzelne Niete gering sein, aber er summiert sich für die gesamte Flugzeugzelle.

• Sie sind billig und einfach , besonders in den benötigten Mengen.
• Sie können nicht geöffnet werden, ein nützlicher Sicherheitsaspekt. Sie müssen nur überprüfen, ob sie von Anfang an richtig eingesetzt sind. Sie werden sich nicht lösen.
• Bündignieten sind aerodynamisch gut , da sie mit dem Rumpf bündig gemacht werden können, was meiner Meinung nach mit Schrauben schwierig (oder möglich?) Ist.
• (Blind-)Nieten eignen sich hervorragend für komplexe Konstruktionen, da Sie sie vollständig von einer Seite anbringen können. Möglicherweise können Sie Schrauben verwenden, wenn Sie sie vorab eingesetzt und das Gewinde gehalten und die Mutter gedreht haben, aber die Muttern würden sich am Ende immer noch außerhalb der Haut befinden.
• Außerdem glaube ich, dass zwischen vielen (kommerziellen) Flugzeugverkleidungen eine Schutzschicht zum Schutz vor Feuchtigkeit und Korrosion aufgetragen wird, sodass Sie sie zunächst nicht abnehmen möchten.
• Es gibt selten einen Grund, Flugzeuge zu zerlegen. Wenn es schlecht ist, können Sie darüber nieten oder die Niete aufbohren.
• Nieten können etwas kleiner als Schrauben ausgeführt werden, was Gewicht spart. ( Bei diesem hier nicht ganz überzeugt )

Ich nehme an, das Ersetzen von Flugzeugzellenplatten und das Inspizieren schwer zugänglicher Teile wäre mit Schrauben einfacher.

Jedes Mal, wenn Sie eine Luke herstellen, wird eine Schwachstelle in die beladene Flugzeugzelle eingeführt, z. B. die Haut, die die Flügel und die Kabine bedeckt. Sie muss verstärkt werden, um sie auf die erforderliche Festigkeit zu bringen, wodurch Gewicht hinzugefügt wird. Deshalb werden diese auf ein Minimum reduziert.

Das heißt nicht, dass die Luftfahrt keine Schrauben verwendet oder ihre eigenen Versionen hat. Ein Schraubenderivat wird als Hi-Lok bezeichnet und ist eine dauerhafte Verbindung wie ein Niet. Es funktioniert ähnlich wie eine klassische Schraube, hat aber einen kalibrierten Durchmesser zwischen der oberen Sechskantmutter und der unteren Mutter, sodass es abbricht, wenn es das richtige Drehmoment erreicht. Auf diese Weise hat es eine Sicherheitsgarantie, die gut befestigt ist.

Loses Vibrieren ist das Hauptanliegen.

Die Paneele bestehen im Allgemeinen aus zwei Aluminiumblechen (0,030 - 0,060 dick) mit einer dazwischen geklebten Papierwabe und massiven Aluminiumschienen mit einer Breite von 1" - 3" an den Rändern. Dies macht die Paneele unglaublich widerstandsfähig gegen Biegung oder Druck auf der Oberfläche und extrem leicht. (Sie könnten jedoch leicht einen Bleistift durch die Mitte schieben (nicht empfohlen, es während des Fluges zu versuchen))

Die Verwendung von Schrauben würde a) die Oberfläche der Platten leicht verzerren (berücksichtigen Sie die Art und Weise, wie eine Schraube angebracht wird (Torsion, wodurch sie sich selbst einzieht) im Vergleich zu einer Niete (die nur eine Kraft gegen sich selbst ausübt, bis eine nahezu vollständige Kompression erreicht ist) oder b) sehr anfällig für Vibrationslockerungen sein (insbesondere da die Haut zu dünn ist, um auch nur einen einzigen Faden aufzunehmen)

Es ist möglich, Schrauben in die massiven Kanten zu verwenden, aber Sie haben immer noch das Risiko, sich durch Vibrationen zu lösen, plus die Herstellungskosten für Gewindelöcher oder die Verwendung von Fangmuttern.

Bündignieten werden aus aerodynamischen Gründen in Flugzeugen verwendet.

Nieten halten Vibrationen besser stand als normale Schrauben.

Was eine Nietverbindung von einer Schraubverbindung unterscheidet, ist, dass sich der Niet beim Aufziehen ausdehnt, um das Loch, in das er eingebaut wurde, vollständig auszufüllen. Bolzen/Schrauben erfordern, dass das Lochmuster sehr nahe an perfekten Stellen gebohrt wird, aber die erforderliche Toleranz des Lochs gegenüber der Größe des Befestigungselements bedeutet immer noch, dass die Verbindung entweder durch eine ausreichende Klemmkraft gesichert werden muss, um durch Reibung zu halten, oder man muss akzeptieren dass sich die Verbindung bewegen muss, um die Befestigungselemente auf Scherung zu belasten. Das bedeutet natürlich, wenn sich die Last umkehrt (wie es bei vielen Flugzeugzellenlasten der Fall ist), kann das Gelenk nur auf Scherung belastet werden, nachdem es sich in die neue Lastrichtung bewegt hat. Auch um unter Scherbelastung zu sein, muss das Schraubenmuster perfekt sein, sonst

Das nächste Problem ist das Gewicht, und es ist ein weiteres großes. Schrauben sind viel schwerer als Nieten, und selbst in einem kleinen Flugzeug können Tausende davon vorhanden sein.

Dann gibt es eine Lastübertragung: Um eine tatsächliche scherbelastete Verbindung mit einem Gewindebefestigungselement zu haben, sollten die Gewinde nicht auf die Seite des Lochs drücken, also eine Unterlegscheibe unter der Mutter, damit der Schaft gegen das Loch drücken kann - und normalerweise eine Unterlegscheibe unter dem Schraubenkopf, da darunter ein Radius ist, der nicht in das Loch gehen sollte, es sei denn, es ist genug Dicke vorhanden, damit ein Senker hineinpasst.

Alternative: Diese Probleme können (und werden) in einigen Situationen durch die Verwendung von Senkkopfschrauben behoben, die die Toleranz für Scherbelastungen durch leichtes Spannen in ihrer Bohrung aufnehmen - aber nicht wirklich für ernsthafte Scherbelastungen gedacht sind, aber eine gute Passform bieten können abnehmbare Platten.

Jemand erwähnte Klebeverbindungen: so gemein wie Dreck. Das erste Genav-Flugzeug, das dies tat, war Jim Bedes BD1 - dem Rest von uns als American Aviation Yankee ( AA-1 ) bekannt. Geklebte Verbindungen haben die Haut aller AA1/A/B/C und AA5/A/B und AG5B sowie AG7 Cougars so sauber gemacht, dass sie viel schneller fliegen als ihre zeitgenössischen genieteten Konkurrenten mit der gleichen Leistung.

Beim Vergleich von Nieten und Schrauben/Muttern zur Befestigung von Blechen erweist sich das Nieten als die überlegene Methode.

Nieten sind geschmiedet

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Nieten ist ein Schmiedeverfahren, das verwendet werden kann, um Teile durch ein Metallteil, das Niet genannt wird, miteinander zu verbinden. Der Niet dient dazu, die Teile durch benachbarte Oberflächen zu verbinden.

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Der Niet wird in das vorgebohrte Loch eingeführt, und dann werden die Enden zusammengepresst oder gehämmert, um den Niet in das Loch aufzuweiten. Am Ende dieses Vorgangs füllt der Niet das Loch passgenau und vollständig aus, und der Kontaktbereich trägt dazu bei, Spannungen von einer Platte auf die andere zu übertragen. Durch das Zusammenklemmen der Platten kann auch die Reibung an der Spannungsübertragung teilnehmen. Der Schmiedeprozess stärkt Stahlnieten tatsächlich.

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Bolzen passen nicht

Das Verschrauben zweier Bleche funktioniert etwas anders: In die Bleche wird ein Loch gebohrt und ein Bolzen eingesetzt, wobei der Bolzen meist einen kleineren Durchmesser als das Loch hat. Die Schraube selbst trägt nicht zur Spannungsübertragung bei, die allein durch die Reibung beim Klemmen erfolgt. Es ist möglich, ein Loch mit engen Toleranzen zu bohren und eine genau passende Schraube einzusetzen, aber dies ist ein teurer Prozess, der ein perfekt rechtwinkliges Bohren und Sorgfalt bei der Handhabung erfordert. Teuer und langsam, am besten auf geraden Flächen, nicht auf der gebogenen Form eines Flugzeugrumpfs.

Stahl und Aluminium korrodieren

Schrauben werden auf Zug belastet und sind am besten aus Stahl: Aluminiumschrauben reißen leicht ihr Gewinde ab und dehnen sich stark. Aber wenn wir Stahlschrauben auf Aluminiumblech verwenden, bekommen wir galvanische Korrosion . Wir müssen entweder Stahl auf Stahl oder Aluminium auf Aluminium verwenden, und Aluminiumbolzen sind einfach nicht sehr gut.

Muttern lösen sich vor Ermüdung

Muttern lösen sich bei wechselnden Belastungen, und davon hat ein Flugzeug jede Menge. Bei jeder Landung knallt der Flügel nach unten, biegt sich beim Start wieder nach oben. Der Rumpf wird in der Höhe unter Druck gesetzt und dann beim Anflug drucklos. Die Triebwerke und Hydraulikpumpen bringen Schwingungen in die Flugzeughaut ein.

Um zu verhindern, dass sich die Mutter löst, muss eine Sicherungsscheibe installiert oder eine Verbindung wie Loc-Tite aufgetragen werden - an jeder der Tausenden von Schrauben, die die Flugzeughautplatten befestigen würden.

Nieten sind luftdicht

Ein Punkt, den die vorherigen Antwortenden übersehen haben: Der Rumpf ist ein Druckbehälter, bohren Sie ihn mit Löchern für Schrauben voll, sogar mit festsitzenden, und er wird wie ein Sieb auslaufen. Füllen Sie das Loch mit geschmiedetem Aluminium und es bleibt luftdicht.

Warum wird das Nieten dann nicht in mehr Anwendungen eingesetzt?

Das Verschrauben von Blechen hat den Vorteil, dass die Befestigung ohne spezielles Werkzeug gelöst werden kann. Eine Niete muss aufgebohrt werden, eine Mutter wird nur gelöst. Großartig für die Durchführung von Wartungsarbeiten, aber bei dauerhaften Konstruktionen wie Brücken ist es nicht erforderlich, Teile davon zu lösen. Langlebige Flugzeuge müssen hin und wieder ihre Außenhaut austauschen, aber selbst das ist bei Aluminiumnieten ein bisschen ein Nichtereignis, sie bohren sich leicht auf.

Warum wird dann nicht mehr genietet? Früher waren es zum Beispiel starke Strukturen für Brücken. Die Methode, die es weitgehend ersetzt hat, ist das Schweißen:

• Statt mindestens zwei Nietmaschinen für jede Nietseite ist nur eine Schweißmaschine erforderlich.
• Es ist nicht nötig, Nieten in einem Ofen rotglühend zu erhitzen und zum Einsatzort zu transportieren.
• Schweißen ist ein Linienstoß, Nieten ein Punktstoß: Spannungsrohre müssen den Nietlöchern ausweichen und werden um sie herum konzentriert, während sie über die gesamte Breite der Schweißnaht in das nächste Blech fließen.

Die Bindung ist noch besser

Die beste Fügemethode für Bleche ist die, die Flächen verbindet: Kleben, wobei im Bauwesen das eigentliche Wort Kleben ist. Fokker leistete Pionierarbeit bei der Verwendung von geklebten Aluminiumblechen in der F-27 und F-28: keine Löcher, perfekt glatte Haut, große Spannungsumwandlungsfläche mit relativ geringen Spannungen. Keine einfache Methode in der Umsetzung: Für den Klebeprozess werden große Autoklaven benötigt, und eine visuelle Kontrolle der Klebequalität wie bei einer Schweißnaht ist nicht möglich. Zu diesem Zweck wurde ein Ultraschall-Bond-Tester entwickelt, der Bonding-Unvollkommenheiten aufdecken würde.

1. Nietverbindungen haben mehr Stoßdämpfungskapazität,
2. Sie nehmen Schubspannungen besser auf,
3. Sie sind auslaufsicherer und
4. Sie sind dauerhafte Gelenke.