Gewinde
Inhaltsverzeichnis
Definition
Ein Gewinde ist eine wendelartige Einkerbung die um einen zylindrischen Körper verläuft. Die Einkerbung wird auch als Gewindegang bezeichnet und und ihr Profil ergibt den Namen der Gewindeart. Gewinde können sowohl Aussen auf einer Welle verlaufen oder Innen in einer Bohrung. Das Gewinde basiert auf dem Prinzip der "Schiefen Ebene".
Geschichte
Der erste Vorläufer des Gewindes war die Archimedische Schraube, die um 200 v.Chr. nachgewiesen und zur Wasserförderung genutzt wurde. Joseph Withworth legte 1850 den Flankenwinkel auf 55° fest. Dieses Gewinde kennt man heute zu Tage als Whitworth-Gewinde.
Wichtige Bezeichnungen am Gewinde
Nenndurchmesser: Ist der Aussendurchmesser des Gewindes z.B. M6 bedeutet Nenndurchmesser 6 mm.
Kerndurchmesser: ist beim Innengewinde der Durchmesser des vorgebohrten Loches und beim Aussengewinde der Durchmesser von Flankenansatz zum Flankenansatz z.B. Kerndurchmesser beim Aussen- und Innengewinde für M6 ist 5 mm.
Flankenwinkel: Der Winkel an den Flanken (im Querschnitt gesehen der Winkel an den Zacken) z.B. beim M6 Gewinde 60° und beim Withworth-Gewinde 55°.
Flankendurchmesser: Der Flankendurchmesser ist ein imginärer Zylinder der auf einer Linie liegt, sodass die Flanken eine glatte Oberfläche ergeben würde z.B. 5,35 mm beim M6 Gewinde. Der Flankendurchmesser liegt zwischen Nenn- und Kerndurchmesser.
Gewindeprofil: Das Gewindeprofil gibt die Form und ist somit auch entscheidend für den Anwendugsbereich des Gewindes.
Steigung: Die Steigung ist der Abstand von Flankenspitze zu Flankenspitze. Die Steigung bei einer M6 Schraube beträgt 1 mm, d.h. pro Umdrehung dreht sich die Schraube um 1 mm in die Mutter rein bzw raus.
Herstellung
Gewinde kann spanend oder spanlos hergstellt werden.
Gewindeschneiden
Beim Gewindebohren oder auch Gewindeschneiden muss zunächst ein Kernloch gebohrt und angesenkt werden. Der Gewindbohrer hat einen kegeligen Anschnitt, der die Zerspanung übernimmt. Der dabei entstehende Span wird durch Spannuten abgeführt.Das spanende Verfahren wird meist bei Teilen angwendet die ohnehin schon Spanend gefertigt werden.
Gewinde formen
Beim Gewindeformen entsteht kein Span. Der Gewindeformer wird in das Kernloch eingedreht. Dabei wird das Material verdrängt und das Gewinde geformt. Durch die Verformung bleiben die Werkstofffasern erhalten, wodurch die Belastbarkeit des Gewindes deutlich höher ist als beim geschnittenen Gewinde. Das Kernloch beim Gewindeformen muss größer sein als das beim Gewindeschneiden, da der Werkstoff verdrängt und nicht entfernt wird. Das Gewindeformen wird häufig in der Massenanfertigung angewand, da eine bessere Oberfläche entsteht,eine höhere Festigkeit erreicht und kein Span, der mühsam abtransportiert werden muss, entsteht.
Einteilung
Verwendungszweck
Beim Verwendungszweck sind die Eigenschaften, die dem Gewinde durch Profil, Flankenwinkel, Steigung ect. gegeben werden, entscheidend. Es wird dabei zwischen Befestigungsgewinde und Bewegungsgewinde unterschieden.
Beim Befestigungsgewinde ist entscheidend, dass es sicher gegen selbstständiges Lösen ist (Selbsthemmend). Deshalb verwendet man eingängige Spitzgewinde, die einen kleinen Steigungswinkel und einen großen Flankenwinkel besitzen. Durch diese konstellation ergibt sich eine große Reibungskraft, die die Gefahr des selbstständigen Lösens minimiert. Beispiele hierfür sind das Metrische ISO-Gewinde, das Withworth-Gewinde und das Rohrgewinde.
Das Hauptmerkmal eines Bewegungsgewinde ist, dass gerdlinige Bewegungen in Drehbewegungen umgewandelt werden oder umgekehrt. Dies ist zum z.B. bei Schraubstöcken, Vorschubspindeln an Dreh- und Fräsmaschinen oder beim einfachen Wagenheber der Fall. Beim Bewegungsgewinde können selbsthemmend (Trapezgewinde z.B.Schraubstock) oder nicht selbsthemmend (Kugelgewinde z.B. CNC-Maschinen) sein. Selbsthemmend bedeutet beim Bewegungsgewinde, dass es leichtgängig ist aber unter Betriebslast stehen (hemmd) bleibt. Nicht selbsthemmende Bewegungsgewinde haben eine große Steigung und kleinen Flankenwinkel wodurch die Reibungskraft deutlch verringert wird.
Drehsinn
Es gibt links- und rechtdrehende Gewinde. Dabei ist die Drehrichtung angegeben, in die z.B. eine Schraube zum Befestigen gedreht werden muss. Die am häufigsten angewendeten Gewinde sind rechtsdrehend (im Uhrzeigersinn). Linksdrehende Gewinde kommen dann zur Anwendung wenn das Risiko besteht, dass sich bei bestimmten Bewegungsrichtungen die Mutter/Schraube lösen könnte oder bei bestimmte Bewegungsrichtung vorgegeben sind. Wenn man sich eine Schraube vorstellt die aufrecht steht, verläuft die Steigung von einem rechtsgewinde von links unten nach rechts oben. Beim Linksgewinde genau umgekehrt.
Gangzahl
Benötigt man einen größeren Gewindehub setzt man auch Gewinde mit zwei oder mehr Gewindegängen und einer sehr hohen Steigung ein. Dies wird z.B. bei Spindelpressen eingesetzt. Mehrgängige Gewinde werden auch eingesetzt um den Innendurchmesser zum Beispiel bei Hohlschrauben zu vergrößern oder um dünnwandigere Muttern zu verwenden. Typische Beispiele für mehrgängige Gewinde sind Verschlüsse von Konservengläsern. Bei Mehrgängigen Gewinde wird zusätzlich noch die Teilung P angegeben. Tr36 x 4,5 P 1,5 (Steigung 4,5; Teilung 1,5 → 4,5 : 1,5 = 3 Gängig).
Gewindearten und Anwendungsgebiet
Metrisches ISO-Gewinde
Beim Metrischen ISO-Gewinde ist es bezeichnend, dass alle Angaben in Millimeter sind und der Flankenwinkel 60° beträgt. Es wird zwischen Regel- und Feingewinde unterschieden. Das Regelgewinde wird mit einem Buchstabe und einer Zahl angegenben z.B. M5. Der Buchstabe M steht für metrisch und die Zahl gibt den Nenndurchmesser an. Jeder Nenndurchmesser hat eine ihr zugeteilte Steigung. Die jeweilige Steigung lässt sich aus Tabellen oder durch die Differenz des Kernlochdurchmesser und Nenndurchmesser ermitteln. Regelgewinde werden dort eingesetzt, wo die Gefahr des selbst lösen gering ist und/oder eine Schraubensicherung einsetzbar ist (z.B. Gerüste,Hochspannungsmasten ect.). Beim Feingewinde ist die Steigung für die jeweiligen Gewinde geringer. Dadurch ist es selbsthemmend. Deshalb werden Feingewinde dort angewendet, wo sich die Schraube nicht von selbst lösen darf und einen Schraubensicherung nicht anwendbar ist (z.B. Radmuttern/-schrauben). Beim Feingewinde wird zusätzlich noch die Steigung angegeben z.B. M16 x 1,5.
Beim Feingewinde ist die Steigung für die jeweiligen Gewinde geringer. Dadurch ist es selbsthemmend. Deshalb werden Feingewinde dort angewendet, wo sich die Schraube nicht von selbst lösen darf und einen Schraubensicherung nicht anwendbar ist (z.B. Radmuttern/-schrauben). Beim Feingewinde wird zusätzlich noch die Steigung angegeben z.B. M16 x 1,5.
Withworth-Gewinde
Beim Withworth-Gewinde sind die Maßangaben in inch (z:B. ¼“). Der Flankenwinkel beträgt 55°.
Trapezgewinde
Das Trapezgewinde findet seine Anwendung meist als Bewegungsgewinde wie z.B. in Schraubstöcken und Zugspindeln an Drehmaschinen. Beim Trapezgewinde wird neben dem Nenndurchmesser und der Steigung noch das Kürzel Tr angegeben (z.B. Tr 10 x 2).
Sägegewinde
Eigenschaften des Sägegewindes sind ein unsymmetrisches Gewindeprofil und der Flankenwinkel nur 33° beträgt. Dadurch ist das Sägegewinde in einer Richtung hochbelastbar. Eingesetzt wird das Sägegewinde als Bewegungsgewinde z.B. in Spannzange. Angegeben wird das Sägegewinde mit dem Kennbuschstaben S, den Nenndurchmesser und der Steigung (S12 x 3)
Quellenangabe
http://www.metalltechnik-lexikon.de/gangzahl-gewinde/
http://de.wikipedia.org/wiki/Gewinde
Bilder von Volker Grabowsky
Literatur
Fachkunde Metall 55.,neu bearbeitete Auflage
Tabellenbuch Metal 44., neu bearbeitete Auflage
Handbuch Maschinenbau, Grundlagen und Anwendungen der Maschinenbau-Technik, 20. Auflage
Garant Tool Scout Zerspannungshandbuch,42 Auflage
