Gewindeeigenschaften und Gewindearten

Das Gewinde ist der Bestandteil einer Schraube, der letztlich entscheidet ob die Verbindung überhaupt hergestellt werden kann. 

Doch was ist nun ein "Gewinde"?

Ein Gewinde ist, vereinfacht erklärt, eine profilierte Einkerbung, die wellenartig und kontinuierlich um einen zylinderförmigen Bolzen verläuft.

• Jede Schraube hat am Bolzen eine Außengewinde und die Mutter hat ein entsprechendes Innengewinde.
• Manche Schrauben unterscheiden sich stark von dem gewohnten Aussehen einer Schraube. Ein besonders anschauliches Exemplar stellt die Verschlussschraube dar (siehe Bild).
• Die Form der Einkerbung weist dabei in der Regel auf die Gewindeart hin, die später näher beschrieben werden soll.

Anbei einige allgemeine Fotos mit Gewindedarstellungen an verschiedenen Bolzen.

Grundlegende Definition und Hinweise

Aus diesem Grund werden Gewinde immer miteinander gepaart, wodurch ein Formschluss erreicht wird, der in der Regel nur zur Verspannung genutzt wird.

Diese paarweise Schraube-/Mutterkombination ist unbedingt bei der Reparatur alter oder auch amerikanischer Schraubenverbindungen zu beachten. Gerade amerikanische Gewindearten sind oftmals nicht vollständig identisch mit unseren Normungen. Bei Paarung nur ähnlicher Gewinde kommt es in der Regel zu Verspannungen bei der Montage. Dies ist auch der Fall, wenn beispielsweise eine Schraube mit metrschem Feingewinde in eine Bohrung mit metrischem Normalgewinde geschraubt wird.

Deshalb sind die an den Formschluss bei Schraubenverbindungen gerichteten Anforderungen:

• Die Steigung und auch der Steigungswinkel der Gewinde müssen passen.
• Der Durchmesser der Gewinde muss identisch sein (sowohl Außen- als auch Kerndurchmesser). 
• Passungen müssen eingehalten werden.
• Toleranzen dürfen nicht vernachlässigt werden. 

Ein vollständiges Gewindesystem umfasst festgelegte Normen für:

• das Profil: Feingewinde, Normalgewinde
• die Durchmesser: Außendurchmesser, Kerndurchmesser
• die Steigung: Anstieg bzw. horizontale Verschiebung der Schraube bei einer 360° Drehung
• die Toleranzen

Darstellung von Kennwerten bei Gewinden

Bei einem Gewinde sind verschiedene allgemeingültige Kennwerte wichtig.

Darstellung verschiedener Bauformen

In diesem Kursabschnitt behandeln wir die notwendigen Winkel zur Bestimmung eines Gewindes. Man unterscheidet dabei den Steigungswinkel und den Flankenwinkel.

Steigungswinkel

Der Steigungswinkel $ \alpha $ besagt, wie weit das Gewinde pro 360° Drehung steigt. Ein Regelgewinde hat einen mittleren Steigungswinkel von 3°.

Der Steigungswinkel ist also eine Rechengröße; da Innen- und Außendurchmesser des Gewindes verschieden sind, kann sich der Steigungswinkel geringfügig unterscheiden. Die Berechnung des Steigungswinkel kann nach der folgenden Gleichung erfolgen:

$ P = $ Steigung bzw. Ganghöhe

$ \pi = $ Pi

$ \ d_a = $ Außendurchmesser

$ \ d_k = $ Kerndurchmesser

Flankenwinkel

Der Flankenwinkel ist demgegenüber der Winkel zwischen zwei benachbarten Gewindeflanken (im Bild bei einem metrischen Gewinde z.B. 60°).

In den nachfolgenden Abbildungen siehst du unterschiedliche Gewindeformen, bei denen der Flankenwinkel, der sich bei unterschiedlichen Gewindearten voneinander unterscheidet, grafisch eingebunden und normgerecht dargestellt wurde.

Vorsicht: Der Flankenwinkel wird häufig ebenfalls mit $ \alpha $ gekennzeichnet.

Gewindearten

Im nachfolgenden Bild sind die Flankenwinkel einiger spezieller Gewindearten beispielhaft zusammengestellt worden:

• Flachgewinde
  Der Flankenwinkel beträgt bei einem Flachgewinde $ \alpha = 0° $. Das Flachgewinde ist die einfachste Gewindeart und hat im heutigen Maschinenbau keine nennenswerte Bedeutung mehr.
  
• Trapezgewinde
  Der Flankenwinkel beträgt bei einem Trapezgewinde  $ \alpha = 30° $. Diese Gewindeart wird immer dort eingesetzt, wo es um Bewegung geht. Man spricht deshalb auch von einem Bewegungsgewinde, wie es beispielsweise beim Wagenheber genutzt wird.
• Sägengewinde
  Die Flankenwinkel betragen $ \alpha = 30° $ und $ \alpha_1 = 3° $. Das Sägengewinde erfüllt wie das Trapezgewinde die Aufgaben eines Bewegungsgewindes, das jedoch in verbesserter Art und Weise.
  Es ist tragfähiger und es wirken weniger Sprengkräfte, wodurch die Mutter weniger belastet wird.

  Methode

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  Das Sägengewinde ist eine spezialisierte Gewindeart für eine Kraftrichtung.

• Rundgewinde
  Der Flankenwinkel beträgt $ \alpha = 30° $. Auch hier liegt eine starke Ähnlichkeit zum Trapezgewinde vor; hier jedoch mit dem Unterschied, dass das gesamte Gewinde abgerundet ist. Dadurch ist es viel unempfindlicher gegen Schmutzeinwirkung und die Kerbwirkung fällt vergleichsweise gering aus. Auch ist die Herstellung dieser Gewindeart im Vergleich zu anderen Gewindearten kostengünstig.
• Spitzgewinde
  Der Flankenwinkel beträgt $ \alpha = 60° $. Das Spitzgewinde hat einen besonders hohen Stellenwert im Maschinenbau und wird täglich in hohen Stückzahlen verbaut. Diese Gewindeart nimmt Verbindungs- und Befestigungsaufgaben wahr. Als Spitzgewinde werden z.B. die handelsüblichen metrischen Normal- und Feingewinde eingesetzt.