Gewindearten im Maschinenbau

Schraubengewinde halten die Welt zusammen. Würden jetzt alle Schrauben in Ihrer Umgebung ausfallen, sähe alles aus wie in einem Horrorfilm. Maschinenbauingenieure arbeiten hart daran, genau das zu verhindern, indem sie Schraubengewinde entwickeln, die über viele Jahre zuverlässig funktionieren.

Dieser Leitfaden dient als umfassende Einführung in die Welt des Gewindeschneidens. Wir erklären alle Gewindearten und wann und warum Sie zwischen Grob- und Feingewinden oder Parallel- und Kegelgewinden wählen sollten. Wir beleuchten alle gängigen Zoll- und ISO-metrischen Gewindenormen und wichtige Aspekte. Lesen Sie weiter.

Gewindevergleich auf einen Blick

Threadfamilie	Gemeinsame Anwendung	Hauptmerkmal
Metrisch (ISO)	Globaler Standard, Technologie	60°-Winkel, einfache Millimeterbezeichnung
Unified (UTS)	Luft- und Raumfahrt, US-Automobilindustrie	UNC (grob) vs UNF (fein)
Whitworth (BSW)	Schwere britische Baumaschinen	55°-Winkel, abgerundete Wurzeln zur Vermeidung von Ermüdungserscheinungen
NPT (Rohr)	Flüssigkeiten, Hydraulik	1° 47′ Konus für eine Metall-auf-Metall-Abdichtung
Acme/Square	Kraftschrauben, Heber	Trapezform für Bewegung und Kraft

Kernelemente eines Schraubengewindes

Die physikalische Struktur eines Gewindes beeinflusst direkt die Spannungsverteilung im Kern eines Verbindungselements. Die Geometrie ist bei allen Gewindearten im Maschinenbau von Bedeutung, da sie die Festigkeit der Verbindung bestimmt. Präzise Abmessungen verbessern Passung und Festigkeit unter hohen Belastungen.

Außengewinde

Das Außengewinde ist der äußere Schraubenteil (auch männlich oder Bolzen genannt). Es handelt sich um einen spiralförmigen Gewindesteg, der sich um den Zylinder windet, um dessen Kreisbewegung in eine lineare Kraft umzuwandeln.

Schrauben mit feinerem und höherem Gewindegang (Gewindegänge pro Zoll) sind deutlich vorzuziehen. Sie haben einen größeren Kerndurchmesser, wodurch sie robust und bruchfest sind. 

Grobe Außengewinde sind in Anwendungen mit hohem Korrosionsrisiko von Vorteil. Dickere Gewinde verschleißen langsamer.

Interner Beitrag

Das Innengewinde ist das weibliche Bauteil an der Innenfläche der Zylinderbohrung. 

Dieses Gewinde ist so konstruiert, dass es mit dem Außengewinde zusammenpasst und so einen sicheren, aber dennoch lösbaren Befestigungsmechanismus bildet.

Höhere Fadenzahlen verbessern die Zugfestigkeit und den Verriegelungsmechanismus von Innengewinden.

Bei weicheren Materialien sind jedoch grobe Fäden mit niedriger Gewindesteigung (TPI) vorzuziehen, da sie eine bessere Widerstandsfähigkeit bieten.

Hals

Der Scheitelpunkt ist der äußerste Gipfel eines jeden einzelnen Fadens.

Bei vielen Gewindearten an Schrauben wird diese Spitze abgeflacht, um die Leistung zu verbessern. Eine scharfe Kante begünstigt Spannungen und Mikrorisse, ganz abgesehen von der Verletzungsgefahr für die Montagearbeiter.

Bei der Gewindebildung kann es zu einem Riss im Gewindekamm kommen, dies stellt jedoch keinen risikoreichen Defekt dar. Untersuchungen zeigen, dass ein gespaltener Gewindekamm eine um 27 % höhere Scherfestigkeit aufweist als ein geschnittenes Gewinde.

Wurzel

Die Wurzel ist das untere Ende oder die Vertiefung zwischen zwei Gewindegängen. 

Die wichtigsten Eigenschaften sind hier Festigkeit und Ausfallsicherheit. Ist die Verjüngung zu stark, verringert eine Kerbwirkung die Dauerfestigkeit der Schraube.

Durch den abgerundeten Schaftfuß wird die mechanische Spannung entlang der Kurve verringert, wodurch sich die Anzahl der Male, die die Schraube angezogen oder gelöst werden kann, ohne zu brechen, deutlich erhöht.

Flanke

Die Flanke ist der Abschnitt, der die Wurzel mit dem Scheitel verbindet und so konstruiert ist, dass die Reibung maximiert wird, wodurch ein Lösen bei Vibrationen verhindert wird.

Das Gewindeprofil der Schraube oder Mutter wird durch den Flankenwinkel definiert – der Flankenwinkel von 30 Grad ist der globale Standard für optimale Verriegelungsstabilität.

Tonhöhe (Pitch)

Die Steigung ergibt sich aus dem Abstand zwischen zwei benachbarten Gewindespitzen. Dieser Abstand verläuft stets parallel zur Achse des Befestigungselements.

Die Bedeutung der Steigungsmessung liegt darin, dass sie dabei hilft zu berechnen, wie weit sich die Schraube bei einer vollständigen 360-Grad-Umdrehung bewegt.

Um die mechanische Festigkeit zu maximieren, sollten Befestigungselemente mit kleinerer Steigung gewählt werden. Dies erhöht die Klemmkraft und reduziert das erforderliche Drehmoment.

Feinere Gewindesteigungen sind zudem vibrationsbeständig. Sie lösen sich nicht bei Erschütterungen.

Blei

Die Steigung ist das genaue Maß dafür, wie weit sich die Schraube bei einer vollständigen Umdrehung bewegt, wenn sie am Kopf gedreht wird. 

Ein großer Vorlauf ermöglicht Geschwindigkeit, ein geringer Vorlauf hingegen bietet eine überlegene Klemmkraft.

Bei Standardschrauben sind Steigung und Gewindesteigung gleich. Kennt man die Steigung, kennt man auch die volle Umdrehungslänge.

Bei mehrgängigen Befestigungselementen gilt jedoch: Steigung = Gewindesteigung x Anzahl der Windungen.

Gewindewinkel

Der Gewindewinkel ist der Winkel zwischen den beiden Flanken eines Gewindes und wird typischerweise berechnet, indem der Flankenwinkel mit zwei multipliziert wird.

Gewindewinkel = Flankenwinkel x 2

Der Standardgewindewinkel beträgt bei vielen verschiedenen Gewindearten 60 Grad.

Der alte britische Whitworth-Standard sieht jedoch weiterhin einen Gewindewinkel von 55 Grad für Rohrleitungen und Maschinen vor.

Bei Anwendungen zur Kraftübertragung können flachere Gewindewinkel (29-30 Grad) verwendet werden, die auch als Trapezgewinde bekannt sind.

Großer Durchmesser

Der Außendurchmesser ist der größte Durchmesser eines Gewindes, wie in der Gewindebezeichnung angegeben, z. B. hat ein M10-Gewinde einen Außendurchmesser von 10 mm.

Ein größerer Außendurchmesser erhöht die Scherfestigkeit des Befestigungselements, aber wenn er zu groß ist, passt er nicht in das Gegenloch.

Bei Innengewinden ist der Außendurchmesser nicht so kritisch wie bei Außengewinden, vorausgesetzt, er bietet genügend Freiraum für den Schraubenkopf.

Durch das Lackieren als Oberflächenbehandlung vergrößert sich der Außendurchmesser verschiedener Gewindearten an Schrauben. Diese Toleranzzunahme muss berücksichtigt werden, um eine optimale Passung zu gewährleisten.

Kleiner Durchmesser

Dies ist der kleinste Gewindedurchmesser und bestimmt die Kernfestigkeit einer Schraube. Die richtige Dimensionierung ist erreicht, wenn die Überwurfmutter den Schraubenkopf nicht berührt.

Dort ist das Material am dünnsten, und daher kommt es auch am häufigsten zu Brüchen, wenn eine Schraube bricht.

Feinere Gewinde ermöglichen einen größeren Kerndurchmesser als grobe. Die Schrauben sind aufgrund ihrer dickeren Gewindebolzen fester und bruchfester.

Teilungsdurchmesser

Der Flankendurchmesser ist der Durchmesser des gedachten Zylinders, der sich auf dem Gewinde bildet, wenn die Gewindebreite der Gewindebreite entspricht.

Der Teilkreisdurchmesser beeinflusst, ob die Schraube beim Zusammenbau fest sitzt oder wackelt.

Wenn der Teilkreisdurchmesser von Mutter und Schraube korrekt übereinstimmt, erhöht sich die mechanische Tragfähigkeit des Befestigungssystems.

Welche verschiedenen Thread-Typen gibt es?

Im Maschinenbau gibt es zahlreiche Gewindearten, die nach internationalen Normen und Drehrichtungen gruppiert werden. Wählen Sie die optimale Gewindeart je nach Anwendung – ob es um Befestigung oder Lastübertragung geht.

Gewindetyp	Gemeinsame Anwendung	Hauptmerkmal	Tonhöhe (Pitch)	Blei	Gewindewinkel	Standard
Rechtsgewinde (RH)	Allgemeine Befestigungstechnik im Maschinenbau, Bauwesen	Wird am häufigsten verwendet, dreht sich beim Festziehen im Uhrzeigersinn.	Variiert	Variiert	60 °C.	ISO/ANSI
Linksgewinde (LH)	Vibrationsempfindliche Geräte (z. B. Pumpen, Motoren)	Dreht sich beim Festziehen gegen den Uhrzeigersinn und verhindert so ein Lösen durch Vibrationen.	Variiert	Variiert	60 °C.	ISO/ANSI
Einzelstart-Gewinde	Stahlklemmen, Standardbefestigungselemente	Einzelne Kante, die die Befestigungskraft maximiert	Variiert	Variiert	60 °C.	ISO/ANSI
Mehrgängige Gewinde	Hochgeschwindigkeitsmaschinen, schnelle Montage	Mehrere parallele Rippen für höhere Geschwindigkeit, nicht geeignet für hohe Klemmkräfte	Variiert	Mehrfachstart	60 °C.	ISO/ANSI
„V“-förmige Gewinde	Automobilindustrie, allgemeine Befestigungselemente	60°-Winkel für festen Halt, hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis	Variiert	Variiert	60 °C.	ISO/ANSI
Quadratische Fäden	Kraftübertragung (z. B. Spindeln, Schraubstöcke)	Quadratischer Querschnitt, ausgelegt für die Kraftübertragung ohne Berstdruck	Variiert	Variiert	90 °C.	ASME/ANSI
Acme-Threads	Lineare Bewegungssysteme (z. B. Industrieklemmen)	29°-Winkel, hohe mechanische Festigkeit, häufig verwendet in Schraubstöcken und Gewindespindeln	Variiert	Variiert	29 °C.	ASME/ANSI
Trapezgewinde	Kraftübertragung, Maschinen	Wie bei Acme, millimeterbasierte Abmessungen, ISO-Standard	Variiert	Variiert	30 °C.	ISO
Knöchelfäden	Glühbirnen (E26/E27), Glasgefäße, Feuerwehrschläuche	Abgerundete Kanten und Wurzeln verhindern das Ansammeln von Schmutz, langlebig und leicht zu reinigen	Grob	Variiert	Variiert	IEC
Sägezahngewinde	Hydraulische Pressen, Artillerie	Eine Flanke nimmt die gesamte Axiallast auf, die Lastflanke beträgt 0-7° und die Festigkeitsflanke 45°.	Grob	Variiert	0 45 ° ° -	ASME/ANSI
Wurmfäden	Schneckengetriebe, Lenksysteme	90°-Winkel, verwendet für die Kraftübertragung mit robuster Sicherheit	Ende	Variiert	29 40 ° ° -	ISO
ISO-Metrische Gewinde (M)	Globale Verbindungselemente für Maschinenbau und Elektronik	60°-Winkel, üblicherweise für internationale Anwendungen verwendet	Variiert	Variiert	60 °C.	ISO
Einheitlicher Gewindestandard (UTS)	US-amerikanische und kanadische Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie	TPI-basiert, umfasst UNC (grob) und UNF (fein) für unterschiedliche Leistungsanforderungen	TPI	Variiert	60 °C.	ASME/ANSI
Britisches Standard-Whitworth-Gewinde (BSW)	Schwere Maschinen, ältere Industrieanlagen	55°-Winkel, abgerundete Spitzen, grobe Teilung für Industriemaschinen	Grob	Variiert	55 °C.	Briten
Nationales Rohrgewinde (NPT)	Rohrverbindungsstücke, Drucksysteme	Konisches Gewinde zur Abdichtung, 30° Flankenwinkel, dichte Passung mit Metall-auf-Metall-Abdichtung	TPI	Tapered	60 °C.	ANSI
Britische Standard-Rohrgewinde (BSP/BSPT)	Rohrleitungen und Formstücke in Europa und Asien	Parallel- und Kegelgewinde für Rohrsysteme, 55°-Winkel, üblicherweise in Europa verwendet	Grob	Tapered	55 °C.	Briten

Rechtsgewinde (RH) und Linksgewinde (LH)

Rechtsgewinde sind am weitesten verbreitet; sie drehen sich beim Festziehen im Uhrzeigersinn und beim Lösen gegen den Uhrzeigersinn. Diese Konstruktion dient ausschließlich ergonomischen Zwecken.

Linksgewinde drehen sich beim Festziehen gegen den Uhrzeigersinn und beim Lösen im Uhrzeigersinn. Diese ungewöhnliche Konstruktion ist beabsichtigt, um ein versehentliches Lösen in vibrationsanfälligen Geräten zu verhindern.

Einzel- und Multithreads

Ein eingängiges Gewinde besitzt eine einzelne spiralförmige Gewinderippe, die sich um den Zylinder windet. Diese Konstruktion maximiert die Befestigungskraft bei Vibrationen. Sie eignet sich gut zum Spannen von Stahl.

Mehrgängige Gewinde weisen zwei oder mehr parallele Gewindegänge am Zylinder auf. Ziel dieser Konstruktion ist es, die Steigung pro Umdrehung zu erhöhen. Diese Gewinde bieten eine höhere Drehzahl als Klemmkraft.

„V“-förmige Gewinde

Die Gewindekategorie „V“ macht heute 99 % der in allen Branchen verwendeten Verbindungselemente aus. 

Sie weisen 60-Grad-Winkel auf, wodurch im geschlossenen Zustand ein festerer Halt zwischen den Flanken gewährleistet wird.

Die Dreiecksform bietet ihnen in kritischen Anwendungen einen hohen Vorteil hinsichtlich des Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht.

Die scharfen Spitzen werden abgeflacht, um Brüche zu vermeiden, wodurch abgerundete Wurzeln und Kämme entstehen.

Quadratische Fäden

Es handelt sich um Kraftübertragungsgewinde mit quadratischem Querschnitt und vertikalen Seiten.

Sie haben einen Berstdruck von null, da sie so konstruiert sind, dass sie die gesamte Kraft in Fahrtrichtung ableiten, indem sie Flanken verwenden, die im 90-Grad-Winkel zur Achse stehen.

Vierkantgewinde sind teuer in der Herstellung und verschleißen schnell. Sie werden meist durch Trapezgewinde ersetzt.

Acme-Threads

Trapezgewinde werden in ähnlicher Weise zur Kraftübertragung und zur Übertragung linearer Impulse verwendet.

Ein Gewindewinkel von 29 Grad vervielfacht ihre mechanische Festigkeit erheblich, ohne ihre Herstellbarkeit zu beeinträchtigen.

Trapezgewindespindeln sind verschleißfest und besonders zuverlässig in Schraubstöcken, Gewindespindeln und Industrieklemmen.

Trapezgewinde

Trapezgewinde sind die gleichen wie Acme-Gewinde, verwenden aber auf Millimetern basierende Abmessungen mit einem Gewindewinkel von 30 Grad.

Sie bieten die gleichen Kraftübertragungseigenschaften wie Acme-Gewinde, sind aber auf das ISO-Ökosystem abgestimmt.

Wenn Sie ein Gewinde sehen, das mit „Tr“ gefolgt von Durchmesser und Steigung gekennzeichnet ist, z. B. Tr 14x 4, dann handelt es sich um ein Trapezgewinde.

Knöchelfäden

Die Gelenkfäden haben vollständig abgerundete Kämme und Wurzeln, um zu verhindern, dass sich Schmutz in den Kämmen und Wurzeln festsetzt.

Sie werden hauptsächlich in Glühbirnen (E26- und E27-Schraubgewinde), Glasgefäßen und Feuerwehrschläuchen verwendet. Sie sind extrem langlebig und leicht zu reinigen.

Sägezahngewinde

Hierbei handelt es sich um Sägezahngewinde, die für die unidirektionale Aufnahme axialer Kräfte ausgelegt sind, wobei eine Flanke die gesamte Last aufnimmt, während die andere Flanke für Festigkeit sorgt.

Die geometrische Auslegung des Stützgewindes beträgt 0-7 Grad für die Lastflanke und 45 Grad für die Festigkeitsflanke.

Diese Gewindeart wird häufig bei Artillerie, Hydraulikpressen und kindersicheren Plastikflaschenverschlüssen verwendet.

Wurmfäden

Schneckengewinde sind eine Gewindeart zur Kraftübertragung, die in Schneckengetrieben verwendet wird. Die Schraube greift im 90-Grad-Winkel in das Rad ein und sorgt so für hohe Sicherheit in Lenksystemen.

Die meisten modernen Schneckengewinde haben einen Gewindewinkel von 29 oder 40 Grad. Im Gegensatz zum Verriegelungsmechanismus von V-Gewinden gleiten Schneckengewinde ständig entlang des Zahnrads.

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Welche drei grundlegenden Arten von Gewinden gibt es?

1. ISO-Metrische Gewindenorm

ISO-Metrische Gewindenormschrauben haben einen Gewindewinkel von 60 Grad und abgeflachte Gewindespitzen zur Verbesserung der Festigkeit.

Die Schraubenbezeichnungen beginnen mit einem M, gefolgt vom Nenndurchmesser, z. B. M16. Dieser Standard ist verbreiteter als alle anderen Gewindearten.

2. Einheitlicher Gewindestandard (UTS)

Der Unified Thread Standard (UTS) ist ein ASME/ANSI-Regime, das in den USA und Kanada Anwendung findet und auf Zoll-basierten Maßeinheiten beruht.

Der Steigungsparameter wird durch Gewindegänge pro Zoll (TPI) ersetzt, während der Außendurchmesser ebenfalls in Zoll angegeben wird.

Wie ISO-Metrische Gewinde haben auch UTS-Schrauben einen Flankenwinkel von 60 Grad.

Der Hauptunterschied besteht darin, dass UTS-Befestigungselemente oft eine Toleranzklassenkennzeichnung in Form von Zahlen und Buchstaben sowie die Bezeichnungen „UNC“ oder „UNF“ aufweisen.

UNC-Gewinde (Unified Coarse Thread)

•  Wenige Fäden pro Zoll
• Tiefes Gewindeprofil
• Wird in weichen Materialien wie Aluminium und Gusseisen verwendet
•  Ideal für Geschwindigkeit und Langlebigkeit

UNF-Gewinde (Unified Fine Thread)

• Hohe Leistung mit mehr Gewindegängen pro Zoll
• Größerer kleiner Durchmesser
• Ihre schwereren Kerne können höhere Drehmomente aushalten, ohne zu brechen.
• Gut geeignet für Präzisionsanwendungen in Umgebungen mit starken Vibrationen

3. Britischer Gewindestandard

Die Schrauben nach britischem Gewindestandard haben einen Gewindewinkel von 55 Grad und abgerundete Gewindefüße.

Ihre abgerundeten Gewinde und die Ausführung mit 12 Gewindegängen pro ½ Zoll werden heute nur noch selten verwendet und kommen hauptsächlich in großen Industrieanlagen und bei alten Maschinen zum Einsatz.

Britisches Standard-Whitworth-Gewinde (BSW)

Das BSW-Gewinde wurde erstmals 1841 von Joseph Whitworth verwendet und ist mit den Kennzeichnungen „BSW“ oder „W“ versehen. Zu den physikalischen Eigenschaften von BSW-Verschraubungen gehören:

• 55 Grad Winkel
• Abgerundete Spitzen und Wurzeln
• Größe zwischen 1/16 Zoll und 4 Zoll
•  Grobe Tonhöhe

Britischer Standard für Feingewinde (BSF).

Dieser Standard wurde bei frühen Automobilen als strengere und sicherere Alternative zum Whitworth-Standard verwendet. Zu seinen Merkmalen gehören:

• 55-Grad-Winkel
•  Feingewinde (mehr Gewindegänge pro Zoll), z. B. 26 Gewindegänge pro Zoll bei einer Schraubenlänge von ¼ Zoll
•  Abgerundete Spitzen und Wurzeln 
•  Größerer Nebendurchmesser als der BSW

Britische Standard-Rohrgewinde (BSP/BSPT)

Die britischen Standard-Rohrgewinde werden in Europa und Asien für Rohrleitungen und Formstücke verwendet, nicht jedoch in Nordamerika.

Diese Norm umfasst Parallelgewinde mit konstantem Durchmesser und Kegelgewinde, bei denen der Durchmesser entlang des Gewindes zu- oder abnimmt. Ihre wichtigsten Erkennungsmerkmale sind:

• 55 Grad Gewindewinkel
• Kleinerer Außendurchmesser als der BSW
• 14 TPI bei einer Länge von ½ Zoll
•  Grobgewinde (für Rohre, nicht für Schrauben)

4. Nationales Rohrgewinde (NPT)

Drucksystemingenieure in Nordamerika verwenden das National Pipe Thread (NPT)-Gewinde für Rohrleitungen und Formstücke. Das Kegelverhältnis beträgt 1:16, wodurch sich der Durchmesser mit jeder Umdrehung beim Anziehen verringert und somit eine stärkere Kompression erzwingt.

Es gibt verschiedene Gewindearten an Rohren gemäß der NPT-Norm, die jedoch folgende Gemeinsamkeiten aufweisen:

• 30 Grad Flankenwinkel
•  60 Grad Gewindewinkel
• 18 Gewindegänge pro ¼ Zoll Länge
• Der Außendurchmesser ist ¼ Zoll größer als die Nenngröße.
• Flache Kämme und Wurzeln

Wie erkennt man Gewindearten?

Die Identifizierung eines unbekannten Fadens erfordert die Untersuchung seiner physikalischen Eigenschaften und die Durchführung von Messungen, die Aufschluss über die Art des jeweiligen Fadens geben.

Schritt 1: Außengewinde vs. Innengewinde

Dies ist der erste Schritt. Identifizieren Sie jeden gegebenen Thread anhand der Frage, ob er für die externe oder interne Verwendung vorgesehen ist.

Außengewinde (Schrauben) sind Außengewinde, die in Innengewinde oder Innengewinde (Muttern) passen.  

Schritt 2: Konisches Gewinde vs. Parallelgewinde

Konische Gewinde verjüngen sich zum Ende hin und sind so konstruiert, dass sie Rohre durch eine Art Pressdichtung abdichten. Ein Dichtmittel dient dazu, die Gewindegänge zu schmieren und kleinste Spalten zwischen ihnen abzudichten.

Parallelgewinde haben einen gleichmäßigen Durchmesser und werden durch O-Ringe und Dichtungen abgedichtet. Sie werden nicht gequetscht oder abgedichtet und können daher mehrfach ohne Leistungsverlust wiederverwendet werden.

Schritt 3: Messen der Gewindesteigung

Verwenden Sie eine Gewindesteigungslehre, deren Blätter sich perfekt in das Gewinde einrasten lassen, um eine genaue Messung zu erhalten. Sobald das Blatt fest sitzt und kein Licht mehr durchdringt, notieren Sie die Steigung oder den TPI-Wert auf dem Stempel des Blattes.

Die Berücksichtigung der Steigungsmaße zeigt, ob es sich um ein metrisches (mm) oder ein imperiales (Zoll) Gewinde handelt.

Außerdem wird angezeigt, ob es sich um ein Grob- oder Feingewinde handelt. Beim Vergleich dieser Messung mit einer Standardtabelle wird der jeweilige Gewindestandard (ISO Metric, NPT und BSP) angezeigt.

Schritt 4: Messen des Gewindedurchmessers

Verwenden Sie einen digitalen oder einen Nonius-Messschieber und positionieren Sie die Ambosse quer über den Gewindespitzen für Außengewinde.

Verwenden Sie die oberen Messschenkel des Messschiebers, um den Durchmesser von Innengewinden zu messen. Spreizen und justieren Sie die Messschenkel, bis sie die Gewindespitzen in der Mutter berühren.

Die Messung des Gewindedurchmessers gibt die erste Zahl der Gewindebezeichnung an. Metrische Gewinde beginnen mit einem M, gefolgt vom Gewindedurchmesser in mm, z. B. M16. Bei Zollgewinden gibt die erste Zahl in der Gewindebezeichnung den Außendurchmesser an.

Schritt 5: Gewindewinkel messen

Der Gewindewinkel wird mit Hilfe einer Gewindesteigungslehre oder eines optischen Komparators gemessen.

Beträgt der Winkel zwischen den Flanken 30 Grad, handelt es sich um ein Trapezgewinde. Bei 55 Grad ist es ein BSP-Gewinde, bei 60 Grad ein NPT-, UNC- oder UNF-Gewinde.

Schritt 6: Gewindetyp bestätigen

Sobald Sie die Messwerte für Durchmesser, Steigung und Winkel ermittelt haben, sollten Sie diese mit Standard-Gewindetabellen vergleichen, um die tatsächliche Gewindeart zu bestimmen. 

Dieser letzte Schritt beseitigt kostspielige Diskrepanzen, da eine einzelne Kennzahl ohne Bestätigung durch ein Diagramm keine vollständige Information darstellt.

Welche praktischen Tipps gibt es für die Auswahl der richtigen Garnarten?

Umwelterwägungen

Wählen Sie Gewinde, die zu den Anforderungen Ihrer Anwendung passen. Benötigen Sie beispielsweise höchste Zuverlässigkeit in einer Maschine mit starken Vibrationen, sind UNF-Gewinde die bessere Wahl. Sie bieten eine präzisere Befestigung und eine höhere Reibungsfestigkeit.

Langlebigkeit und Wartungsfreundlichkeit

Für Anwendungen, die häufige Demontagen zur Wartung erfordern, bieten Grobgewinde (UNC) eine höhere Zuverlässigkeit. Dadurch werden Gewindeschäden und Ablagerungen minimiert.

Für Anwendungen, die eine hohe Seitenfestigkeit erfordern, eignen sich Trapez- und Trapezgewinde besonders gut. Sie halten hohen Zug- und Druckbelastungen stand, ohne zu brechen.

Materialien

Wählen Sie Gewinde aus Aluminium, Weicheisen oder Kunststoff, wenn es auf Grobheit ankommt. Die Gewindegänge sind tief und breit genug, um sich zuverlässig mit dem weichen Material zu verzahnen.

Für Feingewinde sind harte Werkstoffe wie Edelstahl Standard. Die Gewinde sind nicht tief, da das Material selbst robust genug für höhere Spannungen ist.

Compliance und Vertrauen

Prüfen Sie die Festigkeitsklasse des Befestigungselements. Sie benötigen die Gewissheit, dass das Gewinde mehreren Kilogramm Zugkraft standhält und auch unter rauen Umgebungsbedingungen beständig ist.

Zollgewinde haben Linienmarkierungen:

• 6 Linien = Güteklasse 8 (Hohe Festigkeit)
• 3 Linien = Güteklasse 5 (mittlere Festigkeit)
•  Keine Linien = Güteklasse 2 (handelsübliche Befestigungselemente aus dem Baumarkt)

ISO-metrische Gewinde haben nummerierte Güteklassen:

• Klassen 4.6, 4.8 und 5.8 für Anwendungen mit geringer Festigkeit
• Festigkeitsklasse 8.8 (Standardfestigkeit) für allgemeine Ingenieurarbeiten
• Klasse 10.9 für Anwendungen mit hoher Beanspruchung.
• Klasse 12.9 für die höchste Festigkeit

Gewindedesign und Überlegungen

Für Befestigungsanwendungen eignen sich V-förmige Gewinde. Dank ihres 60-Grad-Winkels bieten sie die höchste Reibung und damit die größte Lösefestigkeit.

Um eine gleichbleibende Steigung zu gewährleisten, synchronisieren Sie die Vorschubeinstellungen. Wenn die elektronische Leitspindel exakt auf die Spindeldrehzahl ausgerichtet ist, wird die Steigungsabweichung reduziert.

Die Eingriffslänge eines Gewindes ist wichtiger als die Anzahl der Gewindegänge. Sie gibt den Umfang des Gewindekontakts zwischen Schraube und Mutter an.

Eine größere Eingriffslänge ist nicht immer besser, da nur die ersten drei Gewindegänge die Hauptlast tragen. Wenn jedoch das Innengewinde beschädigt wird, sollte die Eingriffslänge erhöht werden.

Passgenauigkeit und Präzision lassen sich beim Mischen verschiedener Gewindematerialien nur schwer gewährleisten. Die unterschiedliche Wärmeausdehnung der Materialien beeinträchtigt die Leistung, sofern thermische Spannungen nicht im Vorfeld berücksichtigt werden.

Bei der Auslegung von Hochdrucksystemen hängt die Wahl zwischen NPT und BSP allein von den physikalischen Eigenschaften der Dichtung ab. Die Quetschdichtung von NPT-Gewinden ist ideal für Anwendungen, die nur einmal abgedichtet werden müssen und dann keine weiteren Wartungsarbeiten mehr erfordern.

Sollten zukünftig häufige Umkonfigurationen erforderlich sein, ist BSP die bessere Wahl. Die Abdichtung wird durch eine Gummidichtung verstärkt, anstatt Material zu zerstören.

Benötigen Sie für Ihre Anwendung eine höhere Dauerfestigkeit, sollten Sie das Schneiden/Fräsen einstellen und stattdessen Gewindewalzen anwenden. Sie erhalten dadurch 20–30 % festere Gewinde.

Gewindefehler und deren Vermeidung

Das Abscheren des Gewindes ist die häufigste Ursache für Gewindeschäden. Es tritt auf, wenn das Gewinde aufgrund von Überlastung vom Bolzen abgerieben wird und eine glatte Oberfläche zurückbleibt. Die wirksamste Methode zur Vermeidung von Abscherbrüchen ist die Erhöhung der Eingriffslänge, um die Last besser zu verteilen.

Fressen tritt ebenfalls alarmierend häufig auf, insbesondere bei Edelstahlgewinden. Durch Reibung verklemmen sich die Gewindegänge beim Zusammenbau und brechen schließlich beim Auseinanderbauen. Abhilfe schafft die Verwendung eines Anti-Seize-Schmierstoffs, beispielsweise eines Nickelbasis-Schmierstoffs, vor dem Zusammenbau.

Durch Vibrationen verursachte Gewindelockerungen sind die mit Abstand gefährlichste Art von Gewindeausfällen bei der Nutzung von Geräten oder Maschinen. Die Gewinde lösen sich aufgrund von Motorvibrationen und lösen sich schließlich ganz. In diesem Fall ist es ein endgültiges Zeichen dafür, dass Sie auf Feingewinde umsteigen müssen.

Schließlich stellt Materialermüdung ein schleichendes Risiko dar, das zwar unvermeidbar, aber dennoch vermeidbar ist. Bei maximaler Materialermüdung brechen die Schrauben am Eingriffspunkt ab. Dieses Versagen tritt häufiger bei zyklischer Belastung auf. Zur Vorbeugung können gerollte Gewinde verwendet oder die Vorspannung erhöht werden.

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Fazit

Im Maschinenbau hängen Leistung und Zuverlässigkeit von verschiedenen Gewindearten ab. Von universellen ISO-Metrikgewinden bis hin zu speziellen Zoll- und Kraftgewinden gibt es unzählige Optionen, um den Anforderungen Ihrer Anwendungen gerecht zu werden. Mit dem richtigen Gewinde ist alles optimal aufeinander abgestimmt und Ihre Anwendung ist vor Reibung, Hitze und Langlebigkeit geschützt.

Häufig gestellte Fragen

Quellen

• ISO 261:1998 – Metrische Schraubengewinde für allgemeine Zwecke: https://www.iso.org/standard/4167.html
• ASME B1.1-2024: Einheitliche Zollgewinde: https://blog.ansi.org/ansi/asme-b1-1-2024-unified-inch-screw-threads/
• NPT-Rohrgewinde (ANSI B 1.20.1): https://teknopoli.com/PDF/NPT_Thread.pdf
• Gewindedesign für verbesserte mechanische Leistung: https://zenodo.org/records/14582467/files/Screw Thread Design for Enhanced Mechanical.pdf?
• Mechanische Konstruktion von Schrauben und Verbindungselementen (U. Tikrit): https://ceng.tu.edu.iq/images/Lectures/ch 8 Screws and Fasteners 2bd altdyl – Asst. Prof. Ali Khalid M. Ali.pdf
• Gewindeterminologie und Geometrie verstehen: https://www.scribd.com/presentation/68569533/Threads
• ASME Y14.6 – Darstellung von Schraubengewinden: https://www.asme.org/codes-standards/find-codes-standards/y14-6-screw-thread-representation
• Der mechanische Vorteil von Schraubengewinden: https://www.kelstonactuation.com/knowledge-base/screw-threads-and-mechanical-advantage
• Auslegung und Festigkeit von Schraubengewinden (ASTM): https://dl.astm.org/stps/book/1010/chapter/144652/Design-and-Strength-of-Screw-Threads
• Technischer Überblick über den Unified Thread Standard (UTS): http://www.manufacturinget.org/2011/10/unified-thread-standard/
• Experimentelle Untersuchung von Umform- und Anziehprozessen: https://www.researchgate.net/publication/251609802_Experimental_Study_of_Forming_and_Tightening_Processes_With_Thread_Forming_Screws
• Einheitliche Miniatur-Schraubengewinde (ASME B1.10M): https://aerobasegroup.com/unified-thread-charts