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Modellbau: Teile verbinden

Nieten, Schrauben, Stiften

Das Thema dieser Seite sind mechanische Verbindungen von Bauteilen.

Es gibt einige gute Gründe, Bauteile nicht zu verkleben oder zu verlöten. Zum Beispiel:

  • Die verbundenen Teile sollen unter einander beweglich, zum Beispiel drehbar sein.
  • Die Kombination der Werkstoffe, die Oberflächen oder die mechanische Beanspruchung lassen löten oder kleben ungeeignet erscheinen.
  • Die Verbindung soll lösbar sein, beispielsweise zu Wartungszwecken.

Niete erinnern an die Frühzeit der Industrialisierung und sind meist eng mit den Begriffen „Technik” und „Eisenbahn” verbunden. In der Einzahl heißt es richtig „der Niet”. Eine einzelne Niete bekommen Sie bei wenig Glück an einer Losbude.

Die Nachbildung von Niet– und Schraubenköpfen im Modell beschreibt eine eigene Seite. Hier dreht es sich um funktionale Verbindungen.

Abschnitte dieser Seite:

 

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Nieten (Verfahren und Nietarten)

Ein Niet ist ein Stift, der durch Bohrungen in zwei zu verbindenden Teilen geführt wird und an beiden Enden eine Verdickung hat, deren Durchmesser größer ist als der der Bohrung. Im Gegensatz zu Bolzen mit Splinten besteht der Niet aus einem Stück und stellt damit eine nicht–lösbare Verbindung her.

Früher wurde wie folgt genietet. Ein Arbeiter bediente eine fahrbare Esse (Feuerstelle), auf der die Nietbolzen glühend gemacht wurden. Ein weiterer Arbeiter, der „Werfer”, nahm je einen Niet mit der Zange aus der Glut und warf ihn einem dritten Kollegen zu, dem „Fänger”. Das geschah teilweise über beachtliche Entfernungen. Beide benutzten dafür spezielle Schmiedezangen. Diese Methode war überall dort nötig, wo die Esse nicht nahe genug beim Anbringungsort der Niete aufgestellt werden konnte, beispielsweise im Brücken- und Hallenbau.

Dann wurde der glühende Niet vom Fänger schnell in das vorgesehene Loch gesteckt. Auf der Seite mit dem vorhandenen Kopf wurde ein schweres Gegengewicht angedrückt und von der anderen mit einem Hammer der zweite Kopf geformt. Das musste alles sehr schnell gehen.

Beim Erkalten zog sich das Material der Niete zusammen und presste so die zu verbindenden Teile aneinander.

Niete, die eine bewegliche Verbindung geben sollen, haben einen kleineren Durchmesser als die Bohrung und eine innere Länge, die größer ist als die Stärke der zu verbindenden Teile.

Im Eisenbahn–Modellbau finden Niete vor allem bei Dampfloksteuerungen Verwendung. Schrauben und Muttern wären hier meist zu groß. Diese Niete sind meistens Hohlniete (zweites Bild).

Als Material für Modell–Niete bieten sich weiche Metalle an, beispielsweise Kupfer. Für den Nietvorgang selbst können Zangen, Schraubstöcke oder eine Metall–Auflageplatte in Verbindung mit einem Hammer benutzt werden.

Um den später besser sichtbaren Kopf nachzubilden, stecken Sie einen Kupfer– oder Messingdraht in eine passende Sackbohrung. Schneiden Sie den Draht so ab, dass genug Material für den Kopf übrig bleibt, und verformen Sie diesen mit einem 50 bis 100 Gramm–Hammer und eventuell einem passenden Stempel. Dann feilen oder fräsen Sie den Kopf in Form. Bessere Ergebnisse lassen sich mit einer Drehbank erreichen.

Stecken Sie nun das Rundmaterial in eine offene Bohrung. Diese dient als Führung für eine Zentrier–Bohrung, die Sie mit einem Metallbohrer im Durchmesser des Nietschafts in dem Loch vornehmen. Anschließend können Sie mit etwas weniger als dem halben Durchmesser den Niet ein Stück hohl bohren.

Wenn Ihr Niet für eine bewegliche Verbindung benutzt wird, wickeln Sie vor dem Vernieten der Teile ein dünnes Stück Draht unter den Nietkopf. Diesen Draht entfernen Sie nach dem Nieten und haben so genug Luft.

 

„Gefälschte” funktionale Niete

Es gibt zwei Möglichkeiten, die ziemlich knifflige Nietarbeit bei beweglichen Verbindungen zu vermeiden.

Sie können den überstehenden Teil des Stifts quer zur Längsachse breit quetschen (Zange, Schraubstock). Das sieht aber nicht besonders elegant aus und sollte daher nur bei später schlecht einsehbaren Stellen so gemacht werden. Tipp: Wenn Sie Messing–Niete benutzen, glühen Sie diese vorher aus, damit sie weich werden.

Die zweite Lösung bringt wesentlich elegantere Ergebnisse, funktioniert aber nur mit lötbaren Materialien (Kupfer, Messing, Neusilber). Löten Sie auf der Rückseite des Niets eine Scheibe mit einer zentrischen Bohrung auf. Dabei müssen Sie unbedingt darauf achten, dass kein Lot an die Rückseite der Scheibe gerät oder diese gar mit den zu verbindenden Teilen verlötet wird. Anschließend feilen oder fräsen Sie den „gefälschten” Nietkopf in Form.

 

Schrauben

Schrauben werden vorwiegend in zwei Sorten unterschieden: Maschinen–Schrauben und selbstschneidende Schrauben (Holz–, Span–, Blechschrauben und Ausführungen für Kunststoffe).

Maschinenschrauben

Im Modellbau–Bereich sind besonders kleine Maschinenschrauben und selbstschneidende Schrauben wertvolle Helferlein. Maschinenschrauben werden mit einer Kombination aus dem Buchstaben „M” und einer Zahl bezeichnet, die den äußeren Durchmesser des Gewindes angibt. Die kleinsten noch handhabbaren Gewinde haben 0,6 mm Durchmesser, im Handel geht es normalerweise jedoch erst bei M1 los (gefolgt von M1,2, M1,4, M1,7 oder M1,8, M2, M2,5 oder 2,6 und M3). Größere Durchmesser werden zumindest bei Eisenbahn–Modellen im Maßstab 1:22,5 kaum benutzt, allenfalls zur Befestigung von Schloten oder Ballastgewichten.

Maschinenschrauben gibt es auch mit Feingewinde. Dann ist die „Steigung” geringer. Das ist der Längenunterschied zwischen den beiden Enden eines Gewinderings.

Maschinenschrauben benötigen ein Gegenstück, beispielsweise eine Mutter oder eine andere Form von Innengewinde. Diese Innengewinde haben einen Kernloch–Durchmesser. Das ist der Durchmesser innerhalb der Gewinde–Zähne. Um mit einem Gewindebohrer (genau genommen ist das ein Schneideisen) ein Innengewinde zu schneiden, muss ein Kernloch in genau passendem Durchmesser gebohrt werden. Der Bohrungs–Durchmesser ist dabei meist etwas größer als der Nennwert.

Gewindebohrer für Innengewinde gibt es als einfache und als Dreier–Satz–Ausführung (vorschneiden bis fertig schneiden). Einfache Schneideisen eignen sich allenfalls für gut zerspanbares Messing, Aluminium oder ähnlich weiche Materialien (also auch Kunststoff, solange sie scharf sind). Für eisenhaltige Metalle sollten nur die Ausführungen mit Vorschneid–, Mittel– und Endschnitt–Eisen benutzt werden. Diese sind durch ein, zwei oder drei Ringe am Schaft gekennzeichnet.

Beide Sorten haben am Ende des Schaftes einen Vierkant, der in einem verstellbaren Schneideisen–Halter mit längeren Hebelarmen eingespannt wird.

Außengewinde können entweder auf einer Drehbank mit einer passenden Vorschub–Einrichtung und einem passenden Stahl gedreht oder von Hand mit einem einzelnen Schneideisen geschnitten werden. Dabei sollte der Anfang des zu schneidenden Rundmaterials leicht angeschrägt sein. Das Schneideisen muss genau rechtwinklig zur Längsachse des Rundmaterials ansetzen.

Außengewinde–Schneideisen sind rund und werden in einen Halter mit einem passenden Ring eingesetzt. Dort werden sie mit einer Justier– und zwei Klemmschrauben gesichert.

Metalle lassen sich besser und mit weniger Gefahr für die leicht brechenden Innenschneider bearbeiten, wenn beim Schneiden der Gewinde ein wenig Maschinenöl zugegeben wird. Kaufen Sie nur hochwertige Schneideisen, mindestens aus Link zum Glossar HSS.

 

Selbstschneidende Schrauben

Vor allem bei Holz und Kunststoffen sind selbstschneidende Schrauben oft die beste Wahl. Ihre Steigung ist steiler und die Differenz zwischen Außen– und Kernloch–Durchmesser viel größer als bei Maschinenschrauben. Dadurch ergibt sich auch bei weichen Materialien ein fester Halt.

Auch bei selbstschneidenden Schrauben - außer bei sehr weichem Holz - ist der richtige Kernloch–Durchmesser, die Vorbohrung, wichtig. Dies nicht nur, damit sich die Schraube gut eindrehen lässt: Bei zu kleinen Durchmessern besteht die Gefahr, dass die Schraube abreißt oder dass das Material verformt wird. Im schlimmsten Fall reißt oder platzt es sogar. Als Faustregel kann gelten, dass bei nicht zu elastischen oder weichen Materialien mit dem inneren Durchmesser der Schraube vorgebohrt werden sollte.

Ein besonderer Fall sind Blechtreibschrauben. Im anzubringenden Teil (das gilt auch für Kunststoff– und Holzverbindungen) muss ein Loch im Außendurchmesser der Schraube gebohrt werden. Im Blech formt sich die Schraube dann einen einzigen Gewindegang, wobei das Blech am Rand der Bohrung für den Durchgang des Schraubenzahns an einer Stelle aufgerissen wird. Hier sollte für einen guten Sitz die Vorbohrung etwas kleiner als der eigentliche Kernloch–Durchmesser sein.

Ein Tipp für Gartenbahner: Sie sollten tunlichst nur Schrauben und Muttern benutzen, die vollständig aus Niro–Metallen (nicht–rostend, also beispielsweise Messing, Edelstahl wie VA) sind. Nur vernickelte, eloxierte oder anderweitig Oberflächen–behandelte Schrauben korrodieren früher oder später doch, vor allem, wenn Kopf oder Gewinde auch nur kleinste Schäden haben.

 

Formen von Schraubenköpfen und Muttern

Es gibt außerordentlich viele Formen von Schraubenköpfen und Gegenstücken zu den Werkzeugen zum Schrauben. Diese wurden bis vor kurzem ausschließlich durch die verwendeten DIN–Normen bezeichnet. Diese Kennzeichnung ist heute teilweise durch ISO–Normen ersetzt worden.

Die Abbildung dieses Abschnitts zeigt von oben nach unten:

  • eine Maschinenschraube mit Bund und einem Zylinderkopf mit Schlitz (DIN 84).
  • eine Innensechskantschraube (ISO 4762, alt: DIN 912) mit bis zum Kopf durchgehenden Gewinde.
  • eine Maschinenschraube mit Sechskantkopf (ISO 4017, alt: DIN 933).
  • Eine Schraube mit Senkkopf und Schlitz (DIN 963).
  • Eine Spanplatten–Schraube (Link zum Glossar Synonym Spax®) mit Kreuzschlitz–Senkkopf (DIN 7997).
  • Eine Holzschraube mit Halbrund–Kopf und Schlitz (DIN 96).
  • Eine Zylinder–Blechschraube mit Schlitz–Kopf (DIN 7971).
  • Eine selbstschneidende Schraube mit Kreuzschlitz–Kopf.
  • Eine Schloss–Schraube, in der Stirnansicht ausnahmsweise von der Gewinde– statt der Kopfseite her dargestellt. Die genaue aber ungebräuchliche Bezeichnung dieser Schrauben lautet „Flachrundschraube mit Vierkantansatz” (DIN 603).

Darüber hinaus gibt es noch eine Vielzahl weiterer Formen, beispielsweise Linsenköpfe und Flügelschrauben. In den letzten Jahren sind immer mehr Spezialschrauben aufgekommen, um Verbrauchern das Öffnen von Geräten zu erschweren.

Bei Muttern ist die Sechskant–Form am gebräuchlichsten. Diese Mutter gibt es auch mit einer angesetzten Verschlusskappe, um das Gewinde vor Umwelt–Einflüssen zu schützen. Sie wird dann Hutmutter genannt. Nützliche Helfer im Modellbau sind selbstsichernde Muttern mit einem dazu geeigneten Kunststoff–Einsatz.

Zwei Schraubensorten verdienen besondere Erwähnung, da sie im Modellbau häufig verwendet werden (können).

Madenschrauben haben keinen Kopf, sondern an einer Stirnseite einen Schlitz oder Innensechskant. Sie sind dann nützlich, wenn der Kopf optisch stören oder eine Unwucht erzeugen würde. Sie dienen beispielweise dazu, Zahnräder und Ritzel auf die Welle zu klemmen.

Gewindestangen sind lange Stücke Maschinengewinde, von denen sich der Bastler Stücke in benötigter Länge absägen kann. Sie sind nützlich für exakte Abstands–Justierungen, zum Beispiel bei Gleiswendeln. Auch kann mit ihnen ein extrem langsam laufender, linearer Schnecken–Antrieb gebaut werden (siehe folgenden Tipp).

 

Stiften (verstiften)

Auf der Seite zum Thema Gießen war schon die Rede davon, dass Urmodelle beim Ausvulkanisieren der Form auseinander fallen können. Das ist ein Grund dafür, Teile so miteinander zu verbinden, dass eben dies nicht geschehen kann. Ein anderer guter Grund sind zum Kleben oder Löten ungeeignete Teile.

Sofern die Teile formschlüssig sind, also wie die eines Puzzle genau ineinander passen, ist die Technik des Stiftens oft eine gute Wahl.

Diese Methode begegnet uns übrigens täglich: Die Klinken an Wohnungstüren werden durch Stifte gegen Herausfallen gesichert.

Um Teile selbst so zu sichern, müssen diese die Möglichkeit bieten, ein Querloch anzubringen, dass über beide zu verbindenden Teile reicht. Ein Anwendungsbeispiel ist das Dach eines Waggonmodells. Es ist Ihnen zu aufwändig, Dach und Wagenkasten mit Rastnasen zu versehen.

Also setzen Sie das Dach im Rohbau auf den Wagenkasten und bohren in den Ecken ein kleines Loch, beispielsweise mit 1,0 mm Durchmesser. Bei der Endmontage des lackierten Modells stecken Sie an dieser Stelle dünne Polystyrol– oder Messing–Stifte ein, die Sie vorab mit Farbe bepinselt haben und deren Köpfe Sie anschließend auch noch mit Farbe verstecken. Voilà: Fertig ist Ihre Stiftverbindung, die ausgezeichnet hält und unauffälliger ist als eine Schraube.

Beim Verstiften von Urmodellen oder mechanisch belasteten Teile können Sie anders vorgehen. Bohren Sie ein Loch durch die zu sichernden Teile, das etwas kleiner ist als der Durchmesser des Stifts. Dann reiben Sie das Loch mit einer Reibahle so lange auf, bis das Rundmaterial für den Stift sich gerade eben noch nicht eindrücken lässt.

Nun legen Sie dieses Material, eingespannt in einem Link zum Glossar Stiftenklöbchen, in das Gefrierfach. Nach einiger Zeit erwärmen Sie die Teile mit der Bohrung, nehmen den gefrorenen Stift und pressen ihn in die Bohrung. Sobald sich die Temperaturen der Teile angeglichen haben, ist eine unlösbare Verbindung hergestellt. Diese Technik wird „Schrumpfen” genannt.

Das Stiftenklöbchen dient einerseits dazu, genug Druck herstellen zu können, und andererseits als Kältespeicher.

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