Arten von Gewinden: Die Sichtweise eines Ingenieurs

Von den Grundlagen bis zu fortgeschrittenen Konzepten deckt dieser Leitfaden alle Aspekte der Gewindearten ab. Entdecken Sie die verschiedenen Gewindetypen, ihre Anwendungen und die besten Praktiken für eine optimale Leistung bei Konstruktions-, Produkt- und Fertigungsprojekten.

Gewinde sind häufig vernachlässigte, aber unbestreitbar wichtige Komponenten in der Welt der Technik. Gewinde sind unverzichtbar für die Abdichtung, Kraftübertragung und Befestigung, und sie sind in allem zu finden, von winzigen Schrauben bis hin zu riesigen Industriemaschinen. Gewinnen Sie Einblicke in fortschrittliche Gewindetechnologien und erforschen Sie tiefer gehendes Wissen, um fundierte technische Entscheidungen zu treffen.

Ein Gewinde ist ein hergestellter oder geschnittener spiralförmiger Steg oder eine Rille auf einer zylindrischen Oberfläche. Diese exakte Spiralform bildet eine mechanische Schnittstelle, die die Übertragung von Rotationskräften oder die sichere Verbindung von Bauteilen ermöglicht. Das Verständnis seiner grundlegenden Komponenten ist entscheidend für die Entwicklung effizienter Gewinde, die Bauteile sicher miteinander verbinden oder befestigen können.

Kernelemente eines Schraubgewindes

PITCH

Die Steigung ist der axiale Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Scheiteln (oder Wurzeln) eines Gewindes. Dies ist nicht zu verwechseln mit der Steigung, die den axialen Abstand eines Gewindes bei einer vollständigen Umdrehung angibt. Sie wirkt sich direkt auf die Fähigkeit des Gewindes aus, bei jeder Umdrehung voranzukommen, sowie auf seine lineare und rotatorische Bewegung.

ROOT

Die Wurzel ist die untere Oberfläche des Fadens. Es ist der tiefste Punkt des Gewindes, im Gegensatz zum Scheitelpunkt.

FLANK

Flanken sind die geraden Seiten des Gewindes, die den Scheitel und die Wurzel verbinden und die schrägen Flächen des Gewindes bilden. Sie bilden eine feste Struktur mit schrägen Seitenflächen und Schrägen, die vom Scheitel bis zur Wurzel verlaufen.

CREST

Scheitelpunkt ist der höchste Punkt eines Gewindes, der die Außenfläche der Schraube bildet.

LEAD

Die Steigung ist die axiale Strecke, die eine Schraube oder Mutter bei einer vollen Umdrehung (360°) zurücklegt. Bei mehrgängigen Gewinden ist die Steigung gleich der Anzahl der Gänge multipliziert mit der Steigung, während sie bei eingängigen Gewinden gleich der Steigung ist. Je kleiner die Steigung ist, desto größer ist der mechanische Vorteil.

WINKEL DES GEWINDES

Das ist der in einer axialen Ebene gemessene Winkel zwischen den Flanken des Gewindes.

WICHTIGSTER DIAMETER

Der Hauptdurchmesser ist der Durchmesser eines imaginären Zylinders, der die Oberseiten der Außengewinde umgibt und berührt. Innengewinde berühren die Unterseiten der Gewinde.

MINOR DIAMETER

Der kleinere Durchmesser, der auch als Wurzeldurchmesser bezeichnet wird, ist der Durchmesser des imaginären Zylinders an der Wurzel.

BREITE DIAMETER

Der Teilungsdurchmesser ist der Durchmesser, bei dem die Zahndicke gleich der Teilung/2 oder dem Durchmesser des imaginären Zylinders (konzentrisch zur Gewindeachse) ist, der die Oberfläche an dieser Stelle schneidet. Der Steigungsdurchmesser liegt auf halbem Weg zwischen den scharfen Haupt- und Nebendurchmessern bei einem scharfen V-Gewinde. Allerdings bilden sich nur wenige Gewinde auf diese Weise.

AUSSENGEWINDE

Dies sind Gewinde, die sich auf der Außenfläche von Bauteilen wie Rohren, Bolzen, Schrauben, Stehbolzen, Zylindern und Wellen befinden.

INNENGEWINDE

Innengewinde bilden sich an der Innenfläche der Teile, wie die Gewinde in einer Mutter, einem Zylinder oder einem Rohr.

RECHTSGEWINDE

Wenn sich ein Bolzen oder eine Stange im Uhrzeigersinn dreht, schiebt sich seine Außenfläche in die Mutter hinein, und wenn die Schraube horizontal angeordnet ist, neigt sie sich nach oben und links.

LINKSGEWINDE

Wenn sich eine Schraube oder Stange gegen den Uhrzeigersinn dreht, schiebt sich ihr Linksgewinde in die Mutter. Wenn die Schraube waagerecht steht, neigt sie sich nach oben und nach rechts.

EINGÄNGIGES GEWINDE

Ein eingängiges Gewinde ist ein eingängiges Gewinde, das eine Steigung hat, die mit der Steigung übereinstimmt, und nur eine sichtbare Spirale oder einen Anfangspunkt, der sich über die Länge des Gewindes auf einem Zylinder erstreckt. Die Gewindesteigung bewirkt, dass sich die Mutter entlang der Achse bewegt, wenn eine Mutter fest an einer Stelle auf einem Gewindebolzen befestigt ist und sich die Stange um 360 Grad dreht.

DOPPELSTARTGEWINDE

Bei einem zweistufigen Gewinde sind auch die Innengewinde der Mutter zweistufige Gewinde. Eine Mutter schiebt oder verschiebt sich um die doppelte Gewindesteigung, wenn sie in einen zweistufigen Gewindebolzen oder eine zweistufige Gewindestange passt, und die Stange dreht sich um 360 Grad.

MEHRGÄNGIGES GEWINDE

Bei mehrgängigen Gewinden handelt es sich um zwei oder mehr parallel zueinander verlaufende Gewinde mit der gleichen Steigung. In Situationen, in denen ein System nicht selbstsichernd sein muss, sondern eher eine hohe Translationsgeschwindigkeit entlang der Gewindeachse erfordert, kommen mehrgängige Gewinde zum Einsatz.

Arten von Gewinden

Die Entwicklung verschiedener Gewindeprofile wurde durch historische Herstellungsverfahren und regionale Präferenzen beeinflusst, die zur Normung spezifischer Gewindetypen für unterschiedliche Anwendungen geführt haben. Darüber hinaus gibt es aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen an die Tragfähigkeit verschiedene Gewindenormen. Hier kommt es auf die Form des Gewindes an. Jeder Gewindetyp hat einen bestimmten Zweck, und sie alle sind durch einzigartige Profile gekennzeichnet. Dieses wirkt sich auf das tatsächliche Aussehen und Verhalten des Gewindes aus und besteht aus Werten wie Steigung und Flankenwinkel. Der Anwendungsbereich, für den ein Gewinde geeignet ist, wird ebenfalls durch das Gewindeprofil bestimmt. Gängige Gewindetypen lassen sich auf dieser Grundlage in viele Gruppen einteilen.

Acme-Gewinde

Diese Gewinde ähneln im Allgemeinen quadratischen Gewinden, haben aber eine konische Form, d. h., sie sind oben dünn und unten flach. Im Vergleich zu quadratischen Gewinden lassen sie sich bei der Arbeit etwas einfacher schneiden. Außerdem gilt es als wesentlich stabiler. Das Befestigen oder Lösen der geteilten Mutter auf diesen Gewinden erscheint an ihren schrägen Enden einfacher. Es enthält kein Spiel. Dieses Gewinde hat einen Herstellungswinkel von 29°. Messingventile, Schraubstöcke und schraubenschneidende Drehbänke sind häufig mit einem Trapezgewinde ausgestattet.

V-förmige Gewinde

Die "V"-Form des englischen Alphabets erscheint in dieser Art von Faden. A Drehmaschine, FräsmaschineGewindebohrer, Schneideisen und andere Werkzeuge können diese Art von Gewinden schneiden oder herstellen. Die zur Herstellung dieser Gewinde verwendeten Normen sind jedoch unterschiedlich. Es ist der am häufigsten verwendete Gewindetyp.

Stützgewinde

Dieses Schraubengewinde ist dreieckig, wobei eine Seite senkrecht zur Schraubenachse ausgerichtet ist und die zweite Seite lediglich schräg verläuft. Im Vergleich zum Vierkantgewinde hat es eine höhere Zugkraft. Die Vorteile des Vierkant- und des V-Gewindes werden beide durch das Sägezahngewinde genutzt. Es ist genauso stark wie ein V-Gewinde und hat den gleichen geringen Reibungswiderstand wie ein Vierkantgewinde. Aus diesem Grund eignet es sich für Situationen, in denen ein übermäßiger Zug auf einer Seite absorbiert werden muss, ähnlich wie bei einer Ratsche.

Achsschenkelgewinde

Der Faden ist ziemlich stark. Es ist sowohl für leichte als auch für schwere, harte Arbeiten geeignet. Sowohl der Scheitel als auch der Grund sind halbrund. Knöchelgewinde eignen sich dank ihres abgerundeten Profils, das Beschädigungen und Schmutzablagerungen widersteht, besonders für raue Umgebungen, in denen sich Schmutz ansammeln kann. Dieses Gewinde ist eine Abwandlung des Vierkantgewindes und ermöglicht ein einfaches Gießen und Rollen. Es hat einen Winkel von 30°. Glasflaschenhälse, Kupplungen für Eisenbahnwaggons, Kupplungszahnräder, Ventile, Armaturen, Schieber, Hydranten, große geformte Isolatoren, die in der Elektrobranche verwendet werden, und andere Gegenstände können alle ein Spindelgewinde haben.

Schneckengewinde

Obwohl sie tiefer sind als die Acme-Gewinde, sind ihre Formen bemerkenswert ähnlich. Sie stehen ebenfalls in einem Winkel von 29°. Schneckengewinde werden häufig in Systemen verwendet, bei denen die Kraftübertragung in einem rechten Winkel (nahe 90°) erfolgt, wie z. B. bei Schneckengetrieben in der Automobilindustrie. Der genaue Winkel kann je nach Konstruktion variieren. Die Schneckenräder passen perfekt auf die Welle, da drei ihrer Zähne mit einem Schneckengewinde versehen sind.

Einzel- und Multi-Threads

Es ist denkbar, dass ein Werkstück mehrere verschiedene, unabhängige Gewinde hat, die gleichzeitig verlaufen. Wenn ein Bolzen oder eine Schraube vollständig eingedreht ist, spricht man daher von einer Schraube mit einem Gewinde. Auch ein einzelnes Gewinde ist beweglich. Bei mehrgängigen oder mehrgängigen Schrauben gibt es zu jedem Zeitpunkt mehr als ein Gewinde. Die unabhängigen Gewindegänge sind Anfänge, und es gibt eingängige, zweigängige, dreigängige und so weiter.

Quadratische Fäden

Ein Vierkantgewinde hat einen extrem starken Fuß. Es ist ein weit verbreitetes Schraubengewinde, das seinen Namen von seinem quadratischen Querschnitt hat. Diese Gewinde werden in Spindelhubgetrieben, Pressen, Schwerlastgeräten, Kraftübertragungen, Druckanwendungen und Schraubstockspindeln verwendet. Obwohl sie einen geringeren Reibungswiderstand als Whitworth-Gewinde aufweisen, sind Vierkantgewinde nicht so robust wie V-Gewinde. Sie haben keine festgelegte Anzahl pro Zoll oder ein genaues Maß.

Konische Gewinde

Bei dieser Art von Gewinde handelt es sich um ein kegelförmiges Gewinde, das auf einer konischen Fläche geschnitten wird. Anwendbar in Wellen wie z. B. Spindeln zum Polieren. Diese können links- oder rechtsgängig sein.

Diese Fäden haben mehrere Funktionen.

Mechanischer Vorteil: Gilt für Hebevorrichtungen wie Hebeböcke und Flaschenzüge.

Präzision: Sicherstellen, dass Messinstrumente, wie z. B. Mikrometer, genau sind.

Übertragung von Energie: die Bewegung von Energie von einem Ort zum anderen.

Geschwindigkeitskontrolle: Regulierung und Reduzierung von Bewegungen.

Verbindende Teile: Schrauben und Muttern montieren.

Verkäufer Threads

Das amerikanische Nationalgewinde hat einen Winkel von 60° und ist ein V-förmiges Gewinde. Seine Unter- und Oberseite sind beide flach. Dieses weit verbreitete Gewinde wurde von der Amerikanisches Normungsinstitut. Das Nationale Feingewinde, eine dünnere Variante, wird wegen seines besseren Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht häufig in der Automobil- und Luftfahrtindustrie verwendet.

Metrische Gewinde (M) oder internationale Gewinde

Das wohl populärste und am weitesten verbreitete Gewinde in Europa ist das metrische ISO-Gewinde, das weltweit genormt ist. Es wird manchmal auch als Standardgewinde bezeichnet. In Millimetern werden Durchmesser und Steigung gemessen. M ist der Kennbuchstabe für das metrische Gewinde. Die Schraube ist flach und der Fuß ist rund. Die Gewindeparameter sind in der indischen Norm (IS) 1330-1958 festgelegt: An erster Stelle steht der Nenndurchmesser in Millimetern, gefolgt von der Steigung (Abstand zwischen den Gewinden) in Millimetern. Zur Veranschaulichung: Die Bezeichnung "M20 x 2,5" bedeutet ein Gewinde mit einem Durchmesser von 20 mm und einer Steigung von 2,5 mm, also 20 Gewindegänge pro Zoll.

Britisches Standard-Gewinde.

Britische Standard Whitworth-Gewinde (BSW)

Das britische Grobsteuergewinde wurde nach dem britischen Ingenieur Joseph Whitworth benannt. Dieses Gewinde sollte die Austauschbarkeit erleichtern. Das Whitworth-Gewinde misst in Zoll und hat einen Flankenwinkel von 55 Grad. Sowohl sein Scheitel als auch sein Fuß sind rund. Es findet bei vielen Aufgaben Anwendung, z. B. bei normalen Schraubenmuttern.

British Standard Feingewinde. (B.S.F)

Dieses Gewinde ähnelt in seiner Form dem BSW-Gewinde. Dieses Gewinde hat ebenfalls einen Winkel von 55°, aber es hat mehr Fäden pro Zoll, was bedeutet, dass die Fäden dünner sind. Der Griff wird dadurch stärker. Diese Gewindemutter wird an Orten mit höherem Vibrationsniveau eingesetzt.

Britische Standard-Rohrgewinde

Sie haben einen Schnitt mit 3/4 Konizität pro Fuß und einen Winkel von 55°. Sie sind für Dampf- und Gasleitungen sowie für Sanitärarmaturen geeignet. Außerdem sind sie aufgrund der Verjüngung leckagefrei.

Britischer Verband Threads

Dieses Gewinde findet sich in winzigen, empfindlichen mechanischen und elektrischen Geräten wie Uhren, Messgeräten, Fernsehern, Radios und Elektrogeräten. Diese Gewinde passen auf 6 mm oder 1/2′′ Mutterbolzen und haben einen Winkel von 47 1/2°.

Diese Tabelle gibt einen Überblick über die verschiedenen Gewindetypen und ihre Klassifizierung. Es kann spezifische Kriterien und Änderungen geben.

Gewindedesign und Überlegung

Die Konstruktion von Gewinden ist eine wesentliche technische Komponente, die von Faktoren wie Belastung, Material, Umgebung und Anwendung beeinflusst wird. Konstrukteure berücksichtigen das Gewindeprofil, die Steigung, die Tiefe und die Toleranz, um die Leistung zu maximieren. Zahlreiche Belastungsarten beeinflussen die Gewindefestigkeit, darunter statische, dynamische und Ermüdungsbelastungen. Langlebigkeit, Verschleißfestigkeit und Korrosionsschutz werden durch die Wahl des Materials beeinflusst. Umgebungsvariablen wie Feuchtigkeit und Temperatur wirken sich auf die Gewindeleistung aus. Darüber hinaus hängt die Funktion des Gewindes - ob zur Abdichtung, Kraftübertragung oder Befestigung - von der jeweiligen Anwendung ab. Durch die sorgfältige Bewertung dieser Faktoren können Ingenieure Gewinde auswählen oder herstellen, die für eine Vielzahl von technischen Aufgaben geeignet sind.

Gewindeverluste und Prävention

Die Art des Gewindes wirkt sich auf das Versagen von Gewinden aus. Quadratische Gewinde neigen eher zum Abrieb und Festfressen als V-Gewinde, die häufiger ausreißen. Acme-Gewinde vereinen Elemente von beiden, während bei Sägezahngewinden Wurzelermüdung auftreten kann. Rohrgewinde können ausreißen oder durch Korrosion versagen, während metrische Gewinde je nach Gewindeklasse und Belastung zu allgemeinen Ausfällen neigen. Wenn diese Faktoren berücksichtigt werden, kann das Risiko von Gewindeausfällen erheblich reduziert werden.

Bedeutung von Gewindetypen und zukünftige Trends

Ein umfassendes Verständnis der Gewindetechnologie ist für Ingenieure unerlässlich. Da Gewindekomponenten in technischen Systemen so häufig vorkommen, ist dieses Verständnis für ihre Konstruktion, Auswahl und Verwendung unerlässlich. Ingenieure können Probleme erfolgreich beheben, die Leistung von Bauteilen optimieren und Kosten senken, wenn sie die Gewindekategorien, Werkstoffe und Produktionsmethoden genau kennen. Darüber hinaus erfordert die Gewährleistung von Produktzuverlässigkeit und -sicherheit eine solide Grundlage in der Gewindetechnologie.

Der Schwerpunkt künftiger Entwicklungen in der Gewindetechnologie wird wahrscheinlich auf der Erweiterung der Möglichkeiten für bereits vorhandene Gewindetypen liegen. Dazu gehören die Entwicklung neuer Materialien mit höherer Festigkeit und Haltbarkeit, die Erforschung modernster Produktionsverfahren für komplizierte Gewindegeometrien und die Einführung intelligenter Technologien für Gewinde, die sich selbst überwachen und anpassen können. Darüber hinaus müssen sich die Entwicklungssektoren auf die Erforschung von Möglichkeiten zur Optimierung der Leistung von Gewinden in schwierigen Umgebungen wie korrosiven Umgebungen oder hohen Temperaturen konzentrieren.