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Unter Gewinde versteht man eine profilierte Einkerbung, die fortlaufend wendelartig um eine zylinderförmige Wandung - innen oder außen - in einer gewundenen Schraubenlinie verläuft. Diese "Kerbe" wird als Gewindegang bezeichnet. Diese Umsetzung des Prinzips der schiefen Ebene erlaubt das Erzeugen großer Längskräfte bei moderaten Umfangskräften. Schrauben erzeugen dadurch ihre Haltekraft bzw. dort wo Lasten bewegt oder Drücke erzeugt werden, die entsprechenden Kräfte (Spindelpresse, Weinpresse, Wagenheber).

Herstellung

Gewinde lassen sich spanlos oder spanend aufbringen. Das spanlose Verfahren gewinnt zunehmend an Bedeutung, weil es technische Vorteile (glatte Oberfläche, erhöhte Festigkeit, ungebrochene Werkstofffaser) mit hoher Effizienz verbindet.

• Die Herstellung von Außengewinden:
  • spanend: Das Gewindeprofil wird von formgerechten Werkzeugschneiden aus dem Werkstoff herausgearbeitet, entweder von Hand mit Schneideisen und Schneidkluppen oder mit Gewindeschneidmaschinen, die mit Schneidköpfen arbeiten (Gewindewirbeln). In besonders gelagerten Fällen setzt man auch Drehmeißel, Profilfräser oder Schleifscheiben ein. Gewindewirbeln wird vor allem für hochgenaue Gewinde, z. B. für Vorschubspindeln, und für hohe Produktivität eingesetzt.
  • spanlos: Der Ausgangsbolzen hat Gewindeflankendurchmesser. Das Werkzeug drückt das Profil ein und verdrängt den Werkstoff vom Gewindegrund in die Gewindespitzen. Dabei befindet sich der Bolzen zwischen zwei angetriebenen, profilierten Gewinderollen, -walzen aus Schnellarbeitsstählen.

• Die Herstellung von Innengewinden
  • Normalgewinde werden in vorgebohrte Löcher mit Gewindebohrern von Hand oder maschinell geschnitten.
  • Zur spanlosen Herstellung von Normalgewinden werden Gewindeformer verwendet. Der Einsatz erfolgt nur maschinell.
  • Schneid- oder Blechschrauben drücken sich das erforderliche Muttergewinde beim Eindrehen in vorgebohrte Löcher selbst.
  • Zirkularfräsen von Innengewinden: auf einer computergesteuerten Werkzeugmaschine, z. B. einem Bearbeitungszentrum oder einer Fräsmaschine, wird in einer vorgebohrten Bohrung mit einem speziellen Gewindefräser ein Kreis gefahren. Gleichzeitig wird ein Vorschub in Richtung der Bohrungsachse gefahren. Der Gewindefräser ist etwas kleiner als die Bohrung und dreht sich gleichzeitig um sich selbst. Die Werkzeugmaschine wird so gesteuert, dass sich aus den überlagerten Bewegungen des Kreises, der Eigendrehung des Gewindebohrers und dem Vorschub der Gewindegang ergibt. Der Vorteil des Verfahrens ist eine wesentlich erhöhte Produktivität, weil die Rückseite des Gewindefräsers, die nicht schneidet, frei ist, und zwischen ihr und der Bohrungswand ein Spalt entsteht. Dadurch kann ein Kühlschmiermittelstrom die Späne wesentlich besser abführen. Der Kühlschmierstoff erleichtert aber auch das Gewindeschneiden und verbessert die Oberflächengüte.

Unterscheidungen

Außengewinde

auch Bolzengewinde, um einen Zylinder, genannt Kern, verlaufend. (Siehe auch Schraube)

Innengewinde

auch Muttergewinde, im Inneren einer Bohrung (Loch) oder eines Zylinders (Rohres) verlaufend. (Siehe auch Mutter (Technik))

Drehrichtung des Gewindes

• Beim Rechtsgewinde laufen die Gewinde durch Drehung im Uhrzeigersinn ineinander – dies ist die häufigste Form.
• Beim Linksgewinde laufen die Gewinde durch Drehung gegen den Uhrzeigersinn ineinander. Linksgewinde kommen zum Einsatz:
  • Für Spezialfälle, bei denen sich die Verschraubung durch die üblicherweise vorherrschende Belastung ungewollt lösen würde, wie zum Beispiel
    • beim linken Pedal am Fahrrad,
    • der HalteMutter von Ventilator-Rotoren,
    • das (Bohr-)Spannfutter oder Befestigungen von – auf die Befestigungsschraube bezogen entgegen dem Uhrzeigersinn drehenden – Sägeblättern auf Kreissägen.
  • Wenn durch den unterschiedlichen Drehsinn Irrtümer vermieden werden können. So haben zum Beispiel die Anschlussverschraubungen an Gasflaschen, die brennbare Gase beinhalten, Linksgewinde, um auf die besondere Gefahr aufmerksam zu machen.
  • Früher wurden teilweise auch Radmuttern bzw. -bolzen von Kraftfahrzeugen (beispielsweise Opel) auf der rechten Fahrzeugseite gegen ein Lösen beim Fahren mit Linksgewinde ausgeführt. Bei extrem leistungsstarken Fahrzeugen wie z. B. dem Porsche Carrera GT oder dem Ferrari Enzo Ferrari werden auch heute noch (2006) die Radmuttern der rechten Fahrzeugseite (Zentralverschlüsse) mit Linksgewinde versehen. Diese sind dann (im Falle des Porsche Carrera GT) farbig besonders markiert: linke Fahrzeugseite = Rechtsgewinde = rote Muttern, rechte Fahrzeugseite = Linksgewinde = blaue Muttern.
  • Bei einem Spannschloss, auch Spannmuffe, Seil- oder Kettenspanner genannt, ist ein Links- und ein Rechtsgewinde notwendig, um durch seine Drehung ein Lösen bzw. Anspannen zu erreichen. (Siehe dazu auch: Spannschraube.)

Linksgewinde müssen mit den Buchstaben „LH“ (Left Hand) zusätzlich gekennzeichnet werden, z. B.: M16-LH. Der Schraubenkopf von Schlitzschrauben mit linksdrehendem Gewinde wird im Uhrmacherhandwerk mit einer Querrille markiert – auf dem Schraubenkopf erscheint ein Kreuz.

Die Bevorzugung des Rechtsgewindes ist durch ergonomische Anforderungen zu erklären: Einerseits sind die meisten Menschen Rechtshänder, die beim Drehen im Uhrzeigersinn ein größeres Drehmoment aufbringen können als gegen den Uhrzeigersinn. Andererseits ist durch die Reibungsverhältnisse am Keil beziehungsweise der schiefen Ebene ein Anziehen des Gewindes mit einem größeren Drehmoment verbunden als das Lösen des Gewindes. Das Rechtsgewinde kommt daher diesen beiden Umständen entgegen.

Maßeinheit

• metrisches ISO-Gewinde - weltweit standardisiertes Gewinde, das gegenüber dem früheren metrischen Gewinde verbessert wurde, jedoch meist mit ihm austauschbar ist. (DIN 13) (Metrisches System)
• Zollgewinde - in Ländern, die die Länge in Zoll messen (England, USA) - Unified Thread Standard (UTS)

Form der Gewindeflanke

• Spitzgewinde
• Flachgewinde
• Sägegewinde
• Rundgewinde
• Trapezgewinde
• Whitworth-Gewinde

Verwendung

• Befestigungsgewinde. Nur die Form des Spitzgewindes dient ausschließlich der Befestigung.
• Bewegungsgewinde. In der Praxis hat sich vor allem das Trapezgewinde für diesen Zweck durchgesetzt.
• Zur Materialbeförderung etwa mit der Archimedischen Schraube oder mit Pumpen.
• Zur Eindichtung z.B. von Rohrleitungen werden kegelige Gewindeenden eingesetzt. In Europa ist das Whitworth-Rohrgewinde gebräuchlich, in den amerikanischen Ländern das NPT-Gewinde (National Pipe Thread).

Gewinde-Kenngrößen

• Nenndurchmesser = Außendurchmesser
• Flankendurchmesser

Der Flankendurchmesser ist ein theoretisches Maß, das ungefähr in der Mitte zwischen Nenndurchmesser und Kerndurchmesser liegt.

Bei der Herstellung von Gewinden wird der Flankendurchmesser mittels Messbolzen oder mittels spezieller Meßschrauben gemessen.

• Kerndurchmesser
• Steigung

bei metrischen Gewinden der Weg, der durch eine Umdrehung zurückgelegt wird. Also der Abstand zwischen zwei Gewindespitzen in mm.

bei Zoll-Gewinden dagegen bezeichnet der Wert der Steigung die Anzahl an Gewindegängen auf der Strecke 1 Zoll.

• Steigungswinkel

Den Steigungswinkel erhält man, indem man

den Arcustangens von Steigung / (Flankendurchmesser * PI) berechnet.

• Teilung

Die Teilung ist bei mehrgängigen Gewinden der Abstand zwischen zwei Gewindekerben.

Die Teilung ist im Regelfall die Steigung geteilt durch die Gangzahl.

Beispiel: Die Bezeichnung Tr 60 P20 bedeutet Trapezgewinde mit 60 mm Durchmesser und 60/20 = 3 Gängen, sowie einem Abstand von 20 mm von Gang zu Gang.

Bei eingängigen Gewinden ist die Teilung = Steigung.

• Flankenform

Abstand der Gewindeflanken

• Steilgewinde sind Gewinde mit großer Steigung

Werden verwendet, um mit einer Umdrehung eine relativ weite Bewegung zu erzeugen.

• Normalgewinde = Regelgewinde
• Feingewinde (z. B. MF6 X 0,5mm) sind Gewinde mit geringer Steigung

Finden z. B. Verwendung an Stellschrauben von Messgeräten. Der geringe Vorschub pro Umdrehung erlaubt präzise Einstellungen.

Mehrgängige Gewinde

Je nach Anwendung gibt es noch ein- oder mehrgängige Gewinde. Damit bezeichnet man die Anzahl der Kerben eines Gewindes. Eingängige Gewinde dienen meistens der Befestigung, mehrgängige Gewinde dagegen in der Regel als Steilgewinde der Kraftübertragung zur Bewegung, zum Beispiel von Werkzeugen. Auch hier bestätigen Ausnahmen die Regel, denn es gibt auch Schnellbauschrauben, die zweigängig sind. Diese werden beispielsweise auf dem Bau zur schnellen Montage von Gipskartonplatten eingesetzt. Andere Beispiele sind die Deckel von Konservengläsern oder schraubbare Kappen von Füllfederhaltern. Mehrgängigkeit ist bei großen Gewindesteigungen sinnvoll, weil die Gewindekerbe nach einer Umdrehung einen großen Abstand zur letzten Umdrehung hat. In diesem Abstand können ein oder mehrere weitere Gewindegänge untergebracht werden, wodurch sich die übertragbaren Kräfte entsprechend vervielfachen.

Rohrgewinde

In der Gas- und Wasserinstallationstechnik werden üblicherweise Rohrgewinde verwendet. Die Kenngröße wird in Zoll angegeben. Dabei wird aber der Rohrinnendurchmesser verwendet. So hat ein Rohrgewinde 1" nicht einen Außendurchmesser von 25,4 mm sondern über 30 mm. In diesem Fall hat ein Standardrohr mit diesem Gewinde 1" Innendurchmesser. Hochdruckrohre können ebenfalls ein 1" Rohrgewinde aufweisen, bedingt durch die größere Wandstärke ist der Innendurchmesser kleiner.

In Europa ist das Whitworth-Rohrgewinde gebräuchlich. Es wird auch zu BSP (British Standard Pipe) abgekürzt. Nach DIN werden noch nicht im Gewinde dichtende (DIN ISO 228) und im Gewinde dichtende Rohrgewinde (DIN 2999) unterschieden. Am gebräuchlichsten sind im Gewinde dichtende Rohrgewinde.

Auf dem amerikanischen Kontinent ist hingegen das US-amerikanische NPT (National Pipe Thread) gebräuchlich. Die Maßangabe beinhaltet bei NPT-Gewinden die Anzahl der Gewindegänge auf einem Zoll.

Wegen der unterschiedlichen Gangzahl je Zoll und geringfügigen Unterschiede im Durchmesser sind BSP- und NPT-Gewinde untereinander nicht vollständig verschraubbar. Erkennbar wird dies, wenn sich das Gewinde gar nicht oder nur einige (wenige) Umdrehungen einschrauben lässt.

Bezeichnungsbeispiele:

• für ein kegeliges Whitworth-Rohraußengewinde:

Rohrgewinde DIN 2999-R½

• für ein zylindrisches Whitworth-Rohrinnengewinde:

Rohrgewinde DIN 2999-Rp½

Rohraußengewinde werden oft auch, vor allem bei Messingteilen, aufgeraut, so dass der Hanf zum Abdichten oder das Dichtband beim Einschrauben besser im Gewinde hält und sich beim Verdrehen nicht weiter verschiebt.

Stahlpanzerrohrgewinde

Stahlpanzerrohrgewinde wird zur Verschraubung von Leitungsverlegerohren in der Elektroinstallation verwendet. Da die Rohre relativ dünnwandig sind, darf die Gewindetiefe auch nicht sehr groß sein. Das wird durch einen Flankenwinkel von 80° erreicht. Stahlpanzerrohrgewinde sind genormt unter DIN 40430.

Allgemein wird dieses Gewinde auch als PG-Gewinde bezeichnet. PG-Verschraubungen dürfen laut EU-Verordnung bei Neukonstruktionen nicht mehr verwendet werden. Statt PG werden jetzt Verschraubungen mit metrischem Gewinde eingesetzt.

Edison-Glühlampengewinde

werden als Rundgewinde in Blech gedrückt/gewalzt/geprägt und auch für Schraubsicherungen und Heizelemente verwendet. Gängige Größen sind E5,5 (z.B. Modellbaulampen), E10 (Taschenlampe, Fahrradlicht), E14 (Mignon), E27 (Normal), E40 (Leistungsstarke Metalldampf- und Scheinwerferlampen), wobei die Zahl den Durchmesser in mm angibt.

Kugel- und Rollengewinde

Kugelgewinde werden in die Oberfläche von Kugelgewindespindeln gerollt oder geschliffen, während Rollengewinde mit speziellen Schleifprozessen in die Oberfläche der Rollengewindespindel geschliffen werden. Kugel- und Rollengewindetriebe werden als Antriebselemente in der Lineartechnik eingesetzt.

Normung

Üblicherweise werden Gewinde verwendet, die der internationalen Normung unterworfen sind. Abweichend gibt es hin und wieder Firmen, die aus verschiedensten Gründen von der Norm abweichende Gewinde anwenden. Das kann sicherheits- oder konstruktionsbedingt sein oder aber aus Konkurrenzgründen, so dass man auf jeden Fall auf Originalersatzteile zurückgreifen muss.

Abmessungen der gebräuchlichen Gewinde finden sich in Tabellenbüchern oder in kostenpflichtig zu beziehenden Normblättern, welche jedoch in größeren Bibliotheken kostenfrei einsehbar sind.

Gewinde-Fehler

• Steigungsfehler
• Taumelfehler: Der Taumelfehler ist der Steigungsfehler gemessen auf einen Gang.
• Formfehler: Der Formfehler beschreibt die Abweichung von der theoretisch exakten Gewindeform. Die theoretisch genaue Form des Gewindes erhält man, wenn man ein Gewinde unter dem Steigungswinkel schneidet. Bei beinahe jeder Art der Gewindeherstellung entsteht ein Formfehler.
• Flankenoberflächenfehler: Die Oberfläche der Flanken hat nicht die gewünschte Rautiefe (ist zu rau), so dass die Schrauben sich im Bereich des Gewindes festfressen und nicht mehr lösen lassen (kann passieren bei sehr großen Gewinden, die sehr großem Druck ausgesetzt sind).

Weblinks

• Einige Gewindenormen