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Maschinenelemente 2

Gewindearten

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

Gewinde im Detail
Gewinde im Detail

 

Grundlegende Definition

Jede Schraube hat am Bolzen eine Außengewinde und die Mutter hat ein entsprechendes Innengewinde.

Ausführungen von Schrauben
Ausführungen von Schrauben
Weitere Ausführungen von Schrauben mit Muttern
Weitere Ausführungen von Schrauben mit Muttern

Manche Schrauben unterscheiden sich stark von dem gewohnten Aussehen einer Schraube. Ein besonders anschauliches Exemplar stellt die Verschlussschraube dar:

Verschlussschraube
Verschlussschraube

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Aber nur wenn die Geometrie beider identisch ist, lassen sich Schraube und Mutter auch miteinander verschrauben. 

Beispiel

Hier klicken zum Ausklappen Eine Schraube mit der Kennzeichnung M6 passt keinesfalls in eine Mutter mit der Kennzeichnung M5.

Aus diesem Grund werden Gewinde immer miteinander gepaart, wodurch ein Formschluss erreicht wird. 

Die an diesen Formschluss gerichteten Anforderungen sind:

  • Die Steigung/ der Steigungswinkel der Gewinde muss passen,
  • Der Durchmesser der Gewinde muss identisch sein. 
  • Passungen müssen eingehalten werden.
  • Toleranzen dürfen nicht vernachlässigt werden. 

Ein vollständiges Gewindesystem umfasst festgelegte Normen für

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

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Alle Angaben und Werte werden durch die Normbezeichnung erfasst. 

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 $ \phi $, der besagt wie weit das Gewinde pro 360° Drehung steigt. Ein Regelgewinde hat einen mittleren Steigungswinkel von $ 3° $. Man wählt den mittleren Steigungswinkel, da Innen- und Außendurchmesser des Gewindes verschieden sind. Die Berechnung des Steigungswinkel kann nach der folgenden Gleichung erfolgen:

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Steigungswinkel: $ tan \phi = \frac{S}{\pi \cdot d_m} $

$ S =$ Steigung, bzw. Ganghöhe

$ \pi = $ Kreizahl

$ \ d_m = $ Mittlerer Durchmesser $\rightarrow d_m = \sqrt{\frac{1}{2} (d_a^2 + d_k^2)} $ 

$ \ d_a = $ Außendurchmesser, $ \ d_k = $ Kerndurchmesser. 

Steigungswinkel
Steigungswinkel

Flankenwinkel

Nachfolgend sehen Sie unterschiedliche Gewindeformen, sowie die normgerechte Angabe des zugehörigen Flankenwinkel$\alpha $: 

Flachgewinde

Flachgewinde
Flachgewinde

Der Flankenwinkel $\alpha = 0° $. Das Flachgewinde ist die einfachste Darstellung und hat im heutigen Maschinenbau keine nennenswerte Bedeutung mehr. 

Trapezgewinde

Trapezgewinde
Trapezgewinde

Der Flankenwinkel $\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

Sägengewinde
Sägengewinde

Die Flankenwinkel $\alpha = 30° $ und $\alpha_1 = 3° $. Das Sägengewinde erfüllt wie des Trapezgewindes die Aufgaben eines Bewegungsgewindes, jedoch in besserer Form. Es ist tragfähiger und es wirken weniger Sprengkräfte, wodurch die Mutter weniger belastet wird.

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Das Sägengewinde ist eine spezialisierte Gewindeart für eine Kraftrichtung. 

Rundgewinde

Rundgewinde
Rundgewinde

Der Flankenwinkel $\alpha = 30° $. Auch hier liegt eine starke Ähnlichkeit zum Trapezgewinde vor mit dem Unterschied, dass hier das sämtliche Gewinde abgerundet ist.  Dadurch ist es viel unempfindlicher gegen Schmutzeinwirkung und die Kerbwirkung fällt vergleichsweise gering aus. Auch die Herstellung dieser Gewindeart ist im Vergleich zu anderen Gewindearten kostengünstig. 

Spitzgewinde

Spitzgewinde
Spitzgewinde

Der Flankenwinkel $\alpha = 60° $. Das Spitzgewinde hat einen besonders hohen Stellenwert in Maschinenbau und wird täglich in hohen Stückzahlen verbaut. Diese  Gewindeart nimmt Verbindungs- und Befestigungsaufgaben wahr. 

Hinweis

Hier klicken zum Ausklappen Es gibt im Maschinenbau natürlich noch weitere Gewindearten mit speziellen Eigenschaften, die aber nicht im Rahmen diese Kurses behandelt werden können. 

Merke

Hier klicken zum Ausklappen Bisher haben wir nur Gewinde hinsichtlich des Flankenwinkels betrachtet. Dieser ist spezifisch für die einzelnen Gewindearten. Der Steigungswinkel hingegen richtet sich nach dem jeweiligen Einsatzzweck. So existieren verschiedene Spitzgewinde mit unterschiedlichen Steigunswinkeln aber mit gleichbleibenden Flankenwinkel.