Lochleibungsdruck einer Nietverbindung

Fachartikel

Lochleibungsdruck einer Nietverbindung verstehen

Der Rechner bestimmt den nominellen Lochleibungsdruck zwischen Nietschaft und Blech aus Querkraft, Nietdurchmesser, Nietzahl und der maßgebenden Blechdicke.

Was beschreibt diese Größe?

Die Lochleibung beschreibt die Flächenpressung zwischen dem zylindrischen Nietschaft und der Lochwand des Blechs. Sie wird nicht auf die zylindrische Mantelfläche, sondern auf die projizierte Rechteckfläche d0·t bezogen: σl = F/(n·d0·tmin), wobei tmin die kleinste Summe der in gleicher Richtung wirkenden Blechdicken ist.

Das ist vergleichbar mit einem Stuhlbein auf weichem Boden: Nicht die tatsächlich gekrümmte Kontaktfläche zählt für den Bodendruck, sondern die projizierte Fläche, mit der das Bein auf den Boden drückt – bei der Lochleibung ist das die von der Seite gesehene Rechteckfläche aus Durchmesser mal Blechdicke.

Formel und Variablen

σl = F / (n · d0 · tmin)

σl = F/(n·d0·tmin)
F = σl·n·d0·tmin
tmin = F/(σl·n·d0)

Symbol / Eingabe	Bedeutung
Lochleibungsdruck σl	Nominelle Flächenpressung zwischen Nietschaft und Lochwand.
Querkraft F	Senkrecht zur Nietachse wirkende, zu übertragende Kraft.
Nietlochdurchmesser d0	Durchmesser des geschlagenen Niets beziehungsweise des Nietlochs.
Anzahl kraftübertragender Niete n	Anzahl der Niete, die die Last gemeinsam übertragen.
Maßgebende Blechdicke tmin	Kleinste Summe der in gleicher Richtung wirkenden Blechdicken am Lochleibungsnachweis.

Eingaben richtig wählen

Querkraft F, Nietlochdurchmesser d0, Anzahl kraftübertragender Niete n und die maßgebende, kleinste beteiligte Blechdicke tmin bestimmen den Lochleibungsdruck.

So benutzt du den Rechner

Gib Querkraft, Nietdurchmesser, Nietzahl und die dünnste beteiligte Blechdicke ein, um den Lochleibungsdruck zu prüfen. Bei mehreren überlappenden Blechen ist stets die Summe der in gleicher Richtung wirkenden dünnsten Lagen maßgebend.

Schritt-für-Schritt-Beispiel

20.000 N über 4 Niete mit 10 mm Durchmesser und 8 mm maßgebender Blechdicke ergeben σl = 20.000 N / (4 · 10 mm · 8 mm) = 62,5 MPa.

Ergebnis und Einheiten verstehen

Ein Lochleibungsdruck von 62,5 MPa liegt deutlich unter typischen zulässigen Werten von etwa 400 MPa für Baustahl; in diesem Beispiel ist die Abscherspannung, nicht die Lochleibung, die kritischere Beanspruchung, siehe den Rechner für die erforderliche Nietzahl.

Kraft wird in N angegeben, Durchmesser und Blechdicke in mm und der resultierende Druck in MPa (N/mm²).

Wann Lochleibung statt Abscheren maßgebend wird

Da die zulässige Lochleibungsspannung (σl,zul ≈ 1,5·Rm) deutlich höher liegt als die zulässige Abscherspannung (τa,zul ≈ 0,6·Rm) desselben Werkstoffs, ist bei üblichen Geometrien meist das Abscheren die maßgebende Versagensart. Lochleibung wird vor allem bei sehr dünnen Blechen mit vergleichsweise großem Nietdurchmesser kritisch, weil die tragende Fläche d0·t dann klein gegenüber dem Nietquerschnitt A0 wird. Ein Vergleich beider Nachweise, wie im Rechner für die erforderliche Nietzahl gezeigt, deckt auf, welche Versagensart im konkreten Fall maßgebend ist.

Typische Anwendungen

Die Berechnung wird zusätzlich zum Abschernachweis verwendet, um sicherzustellen, dass sich das Nietloch nicht durch örtliches Fließen des Blechwerkstoffs aufweitet; besonders dünne Bleche mit großen Nietdurchmessern sind hierfür anfällig.

Annahmen, Grenzen und typische Fehler

Das Modell nimmt eine gleichmäßig über die projizierte Fläche verteilte Pressung an. Tatsächlich ist die Pressung an der Lochwand ungleichmäßig verteilt und am lastzugewandten Rand am höchsten, was zu einer allmählichen Lochaufweitung führen kann, bevor der nominelle Grenzwert formal erreicht ist.

Typischer Fehler: Ein häufiger Fehler ist, bei mehrschichtigen Blechpaketen die falsche, nicht die dünnste in gleicher Richtung wirkende Blechdicke einzusetzen. Ebenso wird der Lochleibungsnachweis manchmal ganz übersprungen, obwohl er bei dünnen Blechen mit großem Nietdurchmesser durchaus maßgebend werden kann.

Häufige Fragen

Was ist Lochleibung anschaulich?

Sie ist die Flächenpressung zwischen dem Nietschaft und der Wand des Nietlochs, ähnlich dem Druck eines Bolzens in einer Bohrung.

Warum wird auf die projizierte statt die zylindrische Fläche bezogen?

Weil sich die Kraftübertragung an der Lochwand näherungsweise wie eine Pressung auf die von der Kraftrichtung aus gesehene Rechteckfläche verhält, nicht wie eine gleichmäßige Umfangslast.

Wann wird Lochleibung statt Abscheren maßgebend?

Vor allem bei sehr dünnen Blechen mit vergleichsweise großem Nietdurchmesser; siehe den Abschnitt weiter oben.

Was passiert bei überschrittener Lochleibungsgrenze?

Das Nietloch weitet sich örtlich auf, was zu Spiel in der Verbindung und in der Folge zu Lockerung oder ungleichmäßigerer Lastverteilung auf andere Niete führen kann.

Welche Blechdicke ist bei mehreren Lagen maßgebend?

Die kleinste Summe der in gleicher Richtung wirkenden Blechdicken tmin, da diese Lage die geringste tragende Fläche gegen die Nietkraft aufweist.