Gewindearten in der Übersicht

Von | 20. Juli 2018
Gewinde
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Das Gewinde ist aus der heutigen Zeit nicht mehr wegzudenken. Es stellt eine wichtige Komponente zum Beispiel in Thermostaten, mechanischen Uhren oder auch Fahrzeugen sowie im Bauwesen und in mechanischen Apparaten dar. In diesem Ratgebertext erfahren Sie alles Wissenswerte über die in Deutschland, Europa und Übersee verwendeten Gewinde, über die jeweiligen Spezifikationen respektive Besonderheiten der einzelnen Gewindearten sowie über die bevorzugten Einsatzgebiete.

Was genau ist überhaupt ein Gewinde?

Ein Gewinde wird durch eine profilierte Einkerbung an einem zylindrischen Körper charakterisiert, die fortlaufend spiralartig in einer Schraubenlinie verläuft. Dies ist sowohl von außen als auch von innen möglich. Gewinde können also sowohl Gegenstände miteinander verbinden als auch Drehbewegungen via Axialkraft umwandeln. Die jeweilige Einkerbung wird dabei Gewindegang genannt. Im Grunde genommen beruht die Gewindemechanik auf dem Prinzip der schiefen Ebene, denn die Umsetzung ermöglicht es, dass bei moderaten Umfangskräften stets große Längskräfte erzeugt werden.

Dadurch erhalten Schrauben ihre Haltekraft. Entsprechende Normen gewährleisten dabei, dass es zu Bauteilen oder Komponenten mit gleichen Nenndaten auch immer die passenden Gewindevarianten gibt. Die Größe eines Gewindes wird grundsätzlich in M angegeben, was sich auf das metrische System bezieht. Dies ist ein Einheitensystem, das als Basiseinheit für Streckenlängen die Maßeinheit Meter nutzt. Ausgedrückt werden die jeweiligen Werte als dezimale Bruchteile oder als dezimale Vielfache.

Das Prinzip des Gewindes war schon in der Antike bekannt

Das Prinzip des Gewindes ist aber schon seit etwa 200 Jahre v. Chr. bekannt. So wurde ein Gewinde zum Beispiel bereits im Rahmen der Archimedischen Schraube genutzt; zudem kam das Gewindeprinzip auch in frühzeitlichen Öl- und Weinpressen zum Einsatz. Leonardo da Vinci erwähnte dann im 16. Jahrhundert zum ersten Mal Werkzeuge zum Gewindeschneiden in seinen Aufzeichnungen.

Bis zum 19. Jahrhundert handelte es sich bei allen genutzten Gewinden um reine Unikate. Erst der britische Ingenieur Joseph Whitworth führte im Jahr 1841 das so bezeichnete Zoll- oder Whitworth-Gewinde ein, das auf der englischen Zolleinheit basiert. Hierbei handelte es sich um das weltweit erste genormte Gewinde. Je nach Verwendungszweck werden Gewinde- und Kerndurchmesser, Steigung sowie Flankenwinkel individuell gestaltet. Im Laufe der Zeit haben sich daraus zahlreiche Gewindearten und -formen unterschiedlichster Art entwickelt.

Gewinde

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In Deutschland werden vor allem Rechtsgewinde verwendet

In Deutschland werden dabei in der Mehrzahl rechtsdrehende Gewinde verwendet. Linksgewinde, die gegen den Uhrzeigersinn verschraubt werden müssen, kommen in hiesigen Breitengraden demgegenüber seltener zum Einsatz. Zumeist werden sie explizit genutzt, um zu verhindern, das sich das Gewinde durch die Eigenbewegung löst. Dies ist zum Beispiel beim linksseitigen Fahrradpedal der Fall. Ein Linksgewinde ist dabei grundsätzlich an dem Kürzel LH zu erkennen, während die Buchstabenfolge RH für Rechtsgewinde stehen.

Diese Fachbegriffe sollten Sie kennen

Um die einzelnen Gewindearten sowie -formen und deren Funktionalität bzw. Mechanik richtig zu verstehen, sollten Sie die Grundbegriffe rund um das Thema Gewinde kennen. Wir haben Ihnen die wichtigsten Fachbegriffe übersichtlich aufgelistet.

Gewinde-Außendurchmesser

Der Gewinde-Außendurchmesser – auch als Gewinde-Nenndurchmesser oder Nennmaß bezeichnet – bezieht sich immer auf die Gewindegröße. Der Gewinde-Außendurchmesser wird als Bruchzahl definiert und in Zoll gemessen. Innerhalb der Gewindegeometrie stellt der Gewinde-Nenndurchmesser den größten Durchmesser dar. Bei zum Beispiel einem metrischen Gewinde steht die Bezeichnung M 20 für einen Nenndurchmesser von 20 Millimetern.

Gewinde-Kerndurchmesser

Als Gewinde-Kerndurchmesser wird der kleinste Durchmesser der Gewindegeometrie bezeichnet. Gemessen wird dieser vom tiefsten Gewinde-Punkt, also dem Gewindegrund, aus bis zum gegenüberliegenden tiefsten Gewinde-Punkt. welches Gewinde über welchen Kerndurchmesser verfügt, können Sie den frei zugänglichen DIN- oder ISO-Tabellen entnehmen; die spezifische Aufgabe muss diesbezüglich immer angepasst sein.

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Gewindeflanke / Flankenwinkel

Alle Gewinde verfügen über einen Flankenwinkel. Dabei misst der Flankenwinkel den Winkel von Flanke zu Flanke. Der Anwendungsbereich der jeweiligen Gewindeart ist immer abhängig von der Größe des Flankenwinkels.

Gewinde-Flankendurchmesser

So wird der Zwischenraum der Profil-Mitellinien bezeichnet. Anders ausgedrückt: Der Gewinde-Flankendurchmesser bezeichnet den achsensenkrechten Abstand bzw. Winkel von zwei direkt gegenüberliegender Flanken.

Gewindesteigung

In der Mathematik früher im korrekten Sinne auch als Ganghöhe bezeichnet, wird mit dem Begriff Gewindesteigung bei einem metrischen Gewinde der Weg beschrieben, der bei genau einer Umdrehung ausgeführt wird. Demgegenüber bezeichnet die Gewindesteigung bei Zoll-Gewinden die Anzahl an Gewindegängen auf einer ein Zoll langen Strecke.

Steigungswinkel

Der Steigungswinkel errechnet sich aus dem Flankendurchmesser und der Gewindesteigung des Gewindes. Der Steigungswinkel beträgt zum Beispiel beim ISO-Norm-Gewinde für M20 etwa 2 Grad und für M6 etwa 3 Grad.

Gewindegang

Bei einem Gewinde läuft eine profilierte Einkerbung wendelartig. Diese fortlaufende Vertiefung stellt dann den Gewindegang auf einer Schraube (außen) respektive in einer Mutter (innen) dar. Anders ausgedrückt: Bei einem Gewindegang handelt es sich um den vollen Umfang der Gewinde-Schraubenlinie.

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Teilung

Bei mehrgängigen Gewinden bezieht sich der Begriff Teilung auf den jeweiligen Abstand zwischen zwei Gewindekerben. Es gilt in der Regel: Steigung geteilt durch die Gangzahl gleich Teilung. Liegen dagegen eingängige Gewinde vor, ist die Teilung grundsätzlich gleich der Steigung.

Auf einen Blick: Die wichtigsten Gewindearten

Die am häufigsten verwendete Gewindeform bzw. -art ist das metrische ISO-Gewinde. Es gibt inzwischen aber eine große Bandbreite an weiteren, unterschiedlichen Gewindearten. Dabei basieren einige dieser verschiedenen Gewindearten auf ausländischen Normungen oder aber sie sind gezielt für Spezialgebiete konzeptioniert worden. Gerade in der Medizin oder auch Luft- und Raumfahrttechnik kommen diesbezüglich viele Spezialformen zum Einsatz.

Prinzipiell enthält die jeweilige Gewinde-Kurzbezeichnung wichtige Informationen. So wird zum einen immer der Gewinde-Kennbuchstaben und zum anderen die Gewinde-Größe oder den Gewinde-Nenndurchmesser. Zusatzangaben für Gangzahl oder Steigungen, Mehrgängigkeit, Toleranz, Kegeligkeit sowie auch Linksgängigkeit werden gegebenenfalls entsprechend angefügt. Handelt es sich um ein Gewinde nach DIN-Normen wird die DIN-Hauptnummer dem Gewindekurzzeichen vorangestellt. Im Folgenden bieten wir Ihnen eine umfassende Übersicht über die wichtigsten Gewindearten in Deutschland respektive in Europa und in Übersee.

Metrisches ISO-Regelgewinde

Dem Metrischen ISO-Regelgewinde – auch Normal- oder Spitzgewinde genannt – werden Sie im Alltag häufiger als alle andere Gewindeart antreffen. Denn dieses Gewinde stellt den Standard in Europa dar. Das Gewinde verfügt dabei dank der keilförmig zusammenlaufenden Außenkanten über selbsthemmende Eigenschaften. Dadurch wird verhindert, dass sich das Gewinde von alleine lösen kann. Zusätzliche Sicherheiten werden nicht benötigt. Ist das Gewinde einmal geschraubt, sitzt es dann auch fest. Um das Gewinde wieder zu lösen, ist daher immer entsprechendes Werkzeug erforderlich. Grundsätzlich kommt ein metrisches ISO-Regelgewinde zur Befestigung von Schrauben, Muttern, Gewindestangen oder ähnlichen kraftschlüssigen Verbindungen zum Einsatz. Der Durchmesser wird mit einem M gekennzeichnet, wobei die jeweiligen Werte in Millimeter angegeben werden. Der Flankenwinkel beträgt immer 60 Grad. Zudem ist die metrische ISO-Regelwinde nach DIN 13 und DIN 14 genormt.

Metrisches ISO Fein-Gewinde

Bei dieser Gewindeart ist das Gewindeprofil nicht so tief eingeschnitten wie etwa bei einer metrischen ISO-Regelgewinde. Im direkten Vergleich zum Normalgewinde weist der Kerndurchmesser unabhängig vom Nenndurchmesser – einen größeren Umfang auf. Das sorgt dafür, dass die einzelnen Gewindespitzen näher bzw. enger zusammenstehen. Daraus resultiert ein spezieller Vorteil. Denn so können auf einem lediglich kleinen Raum größere Zugkräfte übertragen werden. Daher sind metrische ISO Fein-Gewinde auch prädestiniert für feine Mechaniken, wie zum Beispiel ein Uhrwerk. Neben dem Außendurchmesser wird bei dieser Gewindeart außerdem auch noch die Steigung der Gewindestange angegeben. Der Flankenwinkel beträgt auch bei dieser Variante 60 Grad.

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Trapezgewinde

Hier ist der Name quasi Programm. Denn ein Gewinde dieser Art hat die Form eines gleichschenkligen Trapez; der Winkel beträgt dabei 15 Grad. Gegenüber den vorherigen Gewindearten ist dies ein deutlich dickeres Gewinde und weist daher auch einen Flankenwinkel von 30 Grad auf. Da das Trapezgewinde aufgrund seiner Bauform eine vergleichsweise große Gewindestärke aufweist, verfügt es auch über eine besonders hohe Reibung. Das verhindert das selbstständige Loslösen der jeweiligen Befestigung. Unterscheiden müssen Sie beim Trapezgewinde zwischen einer scharfkantigen (DIN 380) und einer abgerundeten (DIN 30295) Variante. Eingesetzt werden Trapezgewinde bevorzugt in Druckern, Montagebändern, Schraubzwingen oder zum Beispiel auch Gabelstaplern.

Whitworth-Gewinde

Das von Sir Joseph Whitworth erfundene Zollgewinde war eine bahnbrechende Erfindung im 19. Jahrhundert, da es weltweit das erste genormte Gewinde darstellte. Das Gewinde ist auch heute noch im Einsatz. Umgangssprachlich ist es inzwischen auch als Rohrgewinde bekannt. Wie dieser Name aussagt, wird das Rohrgewinde häufig bei Rohrverbindungen genutzt. Der Flankenwinkel beträgt 55 Grad, was keine Kompatibilität zu den metrischen Systemen zulässt. Als Besonderheit wird das Gewinde in Zoll und nicht in Millimeter angegeben. Mit dem Normal-oder Regelgewinde BSW (British Standard Whitworth Coarse Thread) sowie dem Feingewinde BSF (British Standard Fine Thread) stehen Ihnen zwei verschiedene Versionen zur Verfügung.

Rundgewinde

Das Rundgewinde – allgemein auch als Gleitgewinde bezeichnet – erweist sich aufgrund seiner Bauform als besonders unempfindlich und widerstandsfähiger gegen Beschädigungen oder Schmutz. Dies reduziert zudem auch deutlich den Wartungs- und Pflegeaufwand. Es weist immer einen Flankenwinkel von 30 Grad auf. Genutzt wird das Rundgewinde vor allem bei der Feuerwehr oder aber bei Ventilen, Kupplungen, Schiebern, Armaturen sowie Eisenbahnwagons (immer entsprechend der DIN 405, 15403 sowie 20400).

Sägegewinde

Dieses Gewinde ähnelt in der Tat Sägezähnen. Der Flankenwinkel kann bei dieser Gewindeart zwischen 30 und 45 Grad variieren. Da das Sägegewinde dabei über ein unsymmetrisches Profil verfügt, kommt es hier zu einer außerordentlich hohen, einseitig wirkenden Axialbelastung entlang der Gewindestange. Verwenden können Sie Sägegewinde vorzugsweise bei Fräs- und Drehmaschinen in der Möbelherstellung sowie bei industriell genutzten Hebeanlagen und Pressen. Die Gewindeform entspricht der DIN 513, 2781, 6063, 20401 und 55525.

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Flachgewinde

Ein Gewinde dieser Art verfügt über ein flaches Profil in Form aneinander gereihter Rechtecke, das einen Flachwinkel von 0 Grad aufweist. Die Gewindeflanken laufen aufgrund dieser Eigenschaften dann auch parallel zueinander. Flachgewinde, die häufig auch als Rechteckgewinde bezeichnet werden, werden aber nur noch selten eingesetzt. In früheren Zeiten wurden Flachgewinde vorzugsweise immer dann eingesetzt, wenn Bewegungen übertragen werden sollten. Mittlerweile übernehmen jetzt aber andere Profile diese Funktion.

UNC Gewinde

Hinter dieser Bezeichnung verbirgt sich ein amerikanisches Einheits-Grob-Gewinde mit einem Flachwinkel von 60 Grad, das vornehmlich in Kanada und den USA zum Einsatz kommt. Das Kürzel UNC steht dabei für Unified National Coarse Thread . Es gleicht dem in Europa verwendeten metrischen ISO-Regelgewinde, allerdings werden die Maße nicht in Millimeter, sondern in Zoll eingegeben. Zudem werden Durchmesser unter ¼ Zoll stets durch eine Nummer ausgedrückt. So steht zum Beispiel die Nummer 5 für einen Gewindedurchmesser von 0,125 Zoll respektive von 3,175 Millimeter. Das UNC Gewinde wird vor allem bei Computerteilen eingesetzt.

UNF Gewinde

Auch dieses Gewinde kommt vornehmlich in den USA und Kanada zum Einsatz. Das Kürzel UNF steht dabei für Unified National Fine Thread. Im Grunde genommen handelt es sich bei dieser Gewindevariante um das Pendant zum in Europa vorzugsweise genutzten metrischen Feingewinde. Im Gegensatz zum UNC Gewinde weist das UNF Gewinde weniger tiefe und engere Gewindeprofil

NPT Gewinde

NPT (Naional Pipe Thread) stellt eine amerikanische Norm für Gewinde dar, die im Rahmen von selbstdichtenden Rohrverschraubungen zum Einsatz kommt. Das Gewindeprofil verfügt dabei über eine kegelförmige Optik. Diese Form sorgt dann auch für die erreichte Dichtung. Zum Verschrauben solcher NPT Gewinde wird in der Regel allerdings ein Dichtmittel zur Unterstützung benötigt. Gewinde dieser Art werden als Verschraubungen insbesondere in der Gas- und Wasserinstallation eingesetzt.

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