Die Terminologie zeichnet ein zweigängiges Gewinde, und die Gesamtübersicht hat keinen Platz, um eines einzutragen

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Der Fragesteller formulierte es klar: Jede Gewindebeschreibung führt die Gangzahl als Grundeigenschaft auf, und doch seien „alle wichtigen genormten Schraubengewinde eingängig“ (sinngemäß übersetzt) — mit einer Ausnahme, die er gefunden hatte und die es auch mehrgängig gibt. Wir werden nicht erklären, warum, denn die Gründe sind Konstruktionsargumente, und die Dokumente enthalten sie nicht. Wir werden die Dokumente lesen.

Die Begriffe sind da, das Bild auch

Die Terminologienorm für zylindrische Gewinde enthält beide Begriffe, nebeneinander und fortlaufend nummeriert.

Und Bild 5 existiert. Es zeigt ein zweigängiges rechtsgängiges Außengewinde, in derselben Reihe wie die eingängigen. Der Begriff fehlt also nicht in der Terminologie, ist nicht als veraltet gekennzeichnet und nicht in einem Anhang versteckt. Er hat eine Definition, eine Nummer und eine Abbildung.

Die Übersicht ist zweidimensional

In der Gesamtübersicht wird ein metrisches Gewinde zu etwas, das man bestellen kann. Ihre Tabelle 2 führt den Nenndurchmesser in den Zeilen und die Teilung in den Spalten, und Abschnitt 5.3 sagt, wie sie zu benutzen ist: „Für den gewählten Durchmesser (oder Durchmesserbereich) ist eine der in der entsprechenden Zeile angegebenen Teilungen zu wählen.“ (sinngemäß übersetzt)

Ein Durchmesser und eine Teilung (bei eingängigen Gewinden zugleich die Steigung). Das ist die ganze Auswahl, und die Tabelle hat keine dritte Spalte, in die man etwas anderes eintragen könnte.

Das ist eine Beobachtung über dieses Dokument, keine Regel, die es aufstellt. Die Übersicht verbietet kein mehrgängiges metrisches Gewinde. Sie bietet nur keine Möglichkeit, eines auszuwählen — das ist etwas anderes, und im nächsten Abschnitt zeigt sich, dass dieser Unterschied zählt.

Zwei weitere Dinge aus diesem Abschnitt lohnen sich, wenn wir schon hier sind. Abschnitt 5.2 sagt, die Wörter coarse und fine (Regel- und Feingewinde) würden dem Sprachgebrauch folgend verwendet und „mit diesen Wörtern soll jedoch kein Qualitätsbegriff verbunden werden“ (sinngemäß übersetzt); die Regelteilungen seien schlicht die größten metrischen Teilungen, die in der gegenwärtigen Praxis verwendet werden. Und Abschnitt 5.1 fügt hinzu, dass eingeklammerte Teilungen möglichst zu vermeiden sind — dieselbe stille Zurückstufung, die diese Website in den eingeklammerten Längen einer anderen Tabelle gefunden hat.

Die Bezeichnungssprache hat sehr wohl eine Form dafür

Eine Berichtigung der ersten Fassung dieser Seite. Dort hieß es, auf dem ganzen Weg von der Übersicht zur Bezeichnung gebe es kein Feld für die Gangzahl. Das war falsch, und zwar weil die Bezeichnung in einem Dokument festgelegt ist, das wir nicht geöffnet hatten. Inzwischen haben wir es geöffnet.

Abschnitt 5.2 der Toleranznorm bezeichnet ein gewöhnliches Gewinde mit dem Buchstaben M, dem Nenndurchmesser, dem Multiplikationszeichen und der Teilung — das vertraute M8 × 1,25. Und dann gibt es Abschnitt 5.3 mit der Überschrift Designation of multiple-start screw threads (Bezeichnung mehrgängiger Gewinde).

Die Sprache ist also vollständig. Zuerst die Steigung, dann die Teilung, und die Gangzahl ist das eine geteilt durch das andere: 3 durch 1,5 ergibt zwei, und in den Linksgewinde-Beispielen des nächsten Abschnitts ist M14 × Ph6P2 (three starts) 6 durch 2. Die Divisionen sind unsere, die Beispiele stammen aus der Norm.

Zwei Dinge fallen auf. Die Bezeichnung beginnt mit der Steigung, der Größe, die die Gesamtübersicht nie erwähnt, und setzt die Teilung an zweite Stelle. Und die Norm bietet die Worte two starts als optionalen Zusatz zur zusätzlichen Klarheit an — eine Norm, die stillschweigend einräumt, dass ein Leser Ph nicht auf einen Blick durch P teilt.

Was von der ursprünglichen Aussage übrig bleibt, ist enger und weiterhin richtig. Die Gesamtübersicht ist eine Tabelle aus Durchmessern und Teilungen, und es gibt darin keine Spalte für einen zweiten Gang; ein mehrgängiges Gewinde lässt sich daher nicht aus der Übersicht auswählen. Aufschreiben lässt es sich einwandfrei. Es gehört nur nicht zu dem, was die Übersicht anbietet.

Ein Gewinde hat keinen Steigungswinkel

Bevor man etwas darüber sagen kann, was ein zweiter Gang bewirken würde, lohnt es sich, eine Definition langsam zu lesen. Die Terminologie gibt den Steigungswinkel einer Schraubenlinie als den Winkel an, dessen Tangens die Steigung geteilt durch den Umfang ist, tan φ = P_h / πd. Dann fügt sie eine Anmerkung hinzu.

Den Steigungswinkel eines Gewindes gibt es also nicht. Es gibt einen Steigungswinkel an der Gewindespitze, einen anderen am Flankendurchmesser, einen weiteren am Kerndurchmesser, und alle sind verschieden. Nehmen Sie M8 × 1,25 und setzen Sie die veröffentlichten Durchmesser in diese Formel ein. Die folgende Rechnung ist unsere.

• An der Spitze, d = 8,000: Tangens 0,0497, Winkel 2,85 Grad
• Am Flankendurchmesser, d₂ = 7,188: Tangens 0,0554, Winkel 3,17 Grad
• Am Kerndurchmesser, d₃ = 6,466: Tangens 0,0615, Winkel 3,52 Grad

Das Verhältnis der beiden äußersten Tangenswerte ist 8 ÷ 6,466 = 1,237, genau das Durchmesserverhältnis, genau wie die Anmerkung es verlangt. Dasselbe Gewinde steigt am Kern fast um ein Viertel steiler als an der Spitze, und jede einzelne Zahl, die dafür genannt wird, ist eine Entscheidung darüber, wo gemessen wird.

Die gesamte Regelgewindereihe liegt innerhalb eines Grades

Jetzt dasselbe für jede Regelteilung der Reihe, am Flankendurchmesser, wo man den Wert üblicherweise nimmt. Durchmesser aus der Tabelle der Grundmaße, Rechnung unsere.

Der Durchmesser wächst um den Faktor acht, der Winkel verändert sich um weniger als das Anderthalbfache, von 2,48 auf 3,60 Grad. Was die Reihe sonst auch sein mag: Sie hält diese Größe nahezu konstant.

Und die letzten drei sind nicht ungefähr gleich, sie sind gleich. Bei M16, M20 und M24 beträgt die Teilung genau ein Achtel des Durchmessers: 2 zu 16, 2,5 zu 20, 3 zu 24. Da der Flankendurchmesser der Nenndurchmesser minus ein festes Vielfaches der Teilung ist, hält ein festes Verhältnis von Teilung zu Durchmesser auch das Verhältnis von Flankendurchmesser zu Teilung fest, und der Tangens stimmt auf fünf Stellen überein. Das ist unsere Algebra, und sie ist der Grund, warum drei verschiedene Schrauben unter genau demselben Winkel gewunden sind.

Ein zweiter Gang würde dieses Band verlassen

Was sich verdoppelt, ist die Steigung. Die obige Anmerkung sagt, dass alle Schraubenlinien eines Gewindes dieselbe Steigung haben, und die Steigung ist definiert als die axiale Verschiebung eines Punktes bei einer vollen Umdrehung. Zwei Gänge bedeuten, dass die axiale Verschiebung pro Umdrehung zwei Teilungen statt einer beträgt; der Tangens des Winkels verdoppelt sich also.

Für M8 × 1,25 am Flankendurchmesser ergibt das einen Tangens von 0,1107 und einen Winkel von 6,32 Grad. Vergleichen Sie das mit dem Band, das die gesamte eingängige Regelgewindereihe einnimmt: 2,48 bis 3,60. Ein zweigängiges M8 würde steiler steigen als jede eingängige Größe der Übersicht, einschließlich der kleinsten.

Das ist eine geometrische Aussage, und dabei bleiben wir. Daraus eine Aussage darüber abzuleiten, ob sich das Gewinde lösen würde, erfordert einen Reibungskoeffizienten, und für einen solchen hat diese Seite keine Quelle; sie macht diesen Schritt daher nicht. Was die Rechnung zeigt, ist enger und sicherer: Ein zweiter Gang verändert ein Gewinde nicht ein wenig, er rückt es aus dem Bereich heraus, innerhalb dessen die genormte Reihe gezogen wurde.

Die Obergrenze, die niemand zitiert

Noch etwas aus der Gesamtübersicht, weil es eine dieser Grenzen ist, die es nie auf eine Zeichnung schaffen. Werden Gewinde benötigt, die feiner sind als die Tabelle, dürfen überhaupt nur neun Teilungen verwendet werden: 3; 2; 1,5; 1; 0,75; 0,5; 0,35; 0,25 und 0,2 Millimeter. Und dann eine Warnung, an die eine Tabelle angehängt ist.

„Bei gegebener Teilung wird es mit zunehmendem Durchmesser immer schwieriger, die Toleranzen einzuhalten.“ (sinngemäß übersetzt) Tabelle 1 gibt deshalb für jede dieser Teilungen einen maximalen Nenndurchmesser an.

Teilt man jeden Wert durch seine Teilung — das ist unsere Rechnung —, ergibt sich 44, 44, 80, 100, 100, 100. Ab einer Teilung von 1,5 begrenzt die Norm den Durchmesser auf das Hundertfache der Teilung und nicht mehr, und die beiden feinsten Teilungen sind auf weniger als die Hälfte davon begrenzt. Darin steckt ein Muster, das die Tabelle nicht ankündigt.

Was man daraus mitnehmen kann

• Die Terminologie definiert ein mehrgängiges Gewinde und bildet ein zweigängiges ab. Der Begriff ist genormt
• Die Gesamtübersicht wählt einen Durchmesser und eine Teilung aus, sonst nichts. Ihre Tabelle hat keine Spalte für einen zweiten Gang, man kann also keinen daraus auswählen
• Die Bezeichnungsnorm hat sehr wohl eine Form dafür. Abschnitt 5.3 gibt M16 × Ph3P1,5 − 6H an, mit der Steigung vor der Teilung und der Gangzahl optional in Worten
• Ein Gewinde hat keinen einheitlichen Steigungswinkel. Jeder Punkt folgt seiner eigenen Schraubenlinie, und der Tangens des Winkels ist umgekehrt proportional zum Radius
• M8 steigt an der Spitze mit 2,85 Grad und am Kern mit 3,52, ein Verhältnis von 1,237, das dem Durchmesserverhältnis entspricht
• Die gesamte Regelgewindereihe liegt zwischen 2,48 und 3,60 Grad am Flankendurchmesser, während sich der Durchmesser um den Faktor acht ändert
• M16, M20 und M24 ergeben denselben Winkel, weil ihre Teilung genau ein Achtel ihres Durchmessers beträgt
• Ein zweiter Gang verdoppelt den Tangens und bringt M8 auf 6,32 Grad, außerhalb des gesamten Bandes. Was das für das Lösen bedeutet, erfordert einen Reibungswert, den diese Seite nicht hat
• Regel- und Feingewinde sind nicht mit einem Qualitätsbegriff verbunden, und für jede Teilung gibt es einen maximalen Durchmesser, bis zu dem sie verwendet werden darf

Die Frage war, warum eingängige Gewinde so verbreitet sind. Die ehrliche Antwort aus den Dokumenten ist überhaupt kein Grund. Sie lautet: Ein metrisches Gewinde wird aus einer Tabelle mit zwei Achsen ausgewählt, und ein zweiter Gang liegt auf keiner davon, obwohl die Sprache, um eines aufzuschreiben, die ganze Zeit genormt war. Hergestellt wird, was die Auswahltabelle anbietet.

Dieser Beitrag behandelt Schritt 2: Gewinde. Die vollständige Reihenfolge lautet Grundwerkstoff, Gewinde, Kopf, Antrieb, Oberfläche und Dokumentation. Warum eine andere Reihenfolge Nacharbeit verursacht, erläutert der englische Beitrag Specifying a screw.

Häufige Fragen

Erlauben die Normen ein mehrgängiges metrisches Gewinde?

Ja, und es gibt eine Bezeichnung dafür. Die Terminologienorm definiert das mehrgängige Gewinde in Abschnitt 2.10 und bildet in Bild 5 ein zweigängiges ab, und Abschnitt 5.3 der Toleranznorm gibt die Bezeichnungsform an, zum Beispiel M16 × Ph3P1,5 - 6H, wobei die Gangzahl optional in Worten hinzugefügt werden kann. Keine Spalte dafür hat die Gesamtübersicht, die nur einen Nenndurchmesser und eine Teilung auswählt; ein mehrgängiges Gewinde lässt sich daher nicht aus dieser Tabelle wählen.

Wie groß ist der Steigungswinkel einer M8-Schraube?

Auf die Frage gibt es keine einzelne Antwort. Die Terminologie merkt an, dass jeder Punkt eines Gewindes seiner eigenen Schraubenlinie folgt, alle mit derselben Steigung, und dass der Tangens des Steigungswinkels umgekehrt proportional zum radialen Abstand von der Achse ist. Für M8 × 1,25 ergibt unsere Rechnung 2,85 Grad an der Spitze, 3,17 am Flankendurchmesser und 3,52 am Kerndurchmesser.

Wie stark schwankt der Steigungswinkel über die metrische Regelgewindereihe?

Sehr wenig. Am Flankendurchmesser liegen unsere Werte bei 3,41 Grad für M3, 3,60 für M4, 3,25 für M5, 3,41 für M6, 3,17 für M8, 3,03 für M10, 2,94 für M12 und 2,48 für M16, M20 und M24. Der Durchmesser ändert sich um den Faktor acht, der Winkel um weniger als das Anderthalbfache.

Warum ergeben M16, M20 und M24 denselben Winkel?

Weil ihre Teilungen genau ein Achtel ihrer Nenndurchmesser betragen: 2 zu 16, 2,5 zu 20 und 3 zu 24. Da der Flankendurchmesser der Nenndurchmesser minus ein festes Vielfaches der Teilung ist, ergibt ein festes Verhältnis von Teilung zu Durchmesser ein festes Verhältnis von Flankendurchmesser zu Teilung, und der Tangens ist auf fünf Stellen identisch. Das ist unsere Algebra, keine Aussage der Norm.

Was würde ein zweigängiges Gewinde ändern?

Die Steigung verdoppelt sich, also verdoppelt sich der Tangens des Steigungswinkels. Ein zweigängiges M8 × 1,25 läge am Flankendurchmesser bei etwa 6,32 Grad, über jeder eingängigen Größe der Regelgewindereihe. Diese Seite bleibt bei dieser geometrischen Aussage und leitet daraus keine Aussage über das Lösen ab, wofür ein Reibungskoeffizient nötig wäre, für den sie keine Quelle hat.

Bedeutet Regelgewinde eine geringere Qualität als Feingewinde?

Nein, und die Norm sagt das ausdrücklich. Sie stellt fest, dass die Wörter coarse und fine dem Sprachgebrauch folgend verwendet werden und mit ihnen kein Qualitätsbegriff verbunden sein soll, und dass die Regelteilungen schlicht die größten metrischen Teilungen der gegenwärtigen Praxis sind.

Gibt es eine Grenze, welche Teilung bei welchem Durchmesser verwendet werden darf?

Ja, für die feineren Teilungen. Die Gesamtübersicht sagt, dass bei Bedarf an Gewinden, die feiner sind als ihre Haupttabelle, nur neun Teilungen verwendet werden dürfen, und gibt für jede einen maximalen Nenndurchmesser an: 22 mm bei einer Teilung von 0,5, dann 33, 80, 150, 200 und 300 mm bei 0,75, 1, 1,5, 2 und 3. Als Grund wird die zunehmende Schwierigkeit genannt, bei gegebener Teilung mit wachsendem Durchmesser die Toleranzen einzuhalten.

Warum sind eingängige Gewinde so verbreitet?

Darauf antwortet diese Seite nicht. Die Gründe sind Konstruktionsargumente, und die hier zitierten Dokumente enthalten sie nicht. Die Dokumente zeigen, dass die Tabelle, aus der ein metrisches Normgewinde ausgewählt wird, zwei Achsen hat, Durchmesser und Teilung, und ein zweiter Gang auf keiner davon liegt, obwohl die Bezeichnungsnorm die ganze Zeit eine Form hatte, um eines aufzuschreiben.

Gilt etwas davon für Zollgewinde oder Trapezgewinde?

Nichts hier betrifft sie. Die Terminologienorm behandelt zylindrische Gewinde allgemein, aber die Übersicht und die zitierten Maße sind die metrischen. Die Zollreihe und die Trapezgewindereihe haben eigene Normen, und keine davon wurde für diese Seite gelesen.

Quellen

• ISO 5408:1983, Cylindrical screw threads, Vocabulary — gelesen in der kostenlosen neunseitigen Vorschau der nationalen Übernahme von 1998, Englisch und Französisch parallel
• ISO 261:1998, ISO general purpose metric screw threads, General plan — kostenlose achtseitige Vorschau mit Abschnitt 5 und Tabelle 1
• ISO 724:2023, Basic dimensions — hier nur für die Werte von Teilung und Kerndurchmesser verwendet, auf denen die Rechnung beruht
• Die Frage auf einer öffentlichen Frage-und-Antwort-Seite für Ingenieurwesen. Zwölf Stimmen, fünf Antworten (englisch)

Für diese Seite wurden zwei kostenlose Vorschauen gelesen: die Terminologienorm aus einer nationalen Übernahme, deren neunseitige Vorschau die englischen und französischen Definitionen parallel enthält, und die Gesamtübersicht, deren achtseitige Vorschau bis Abschnitt 5 und Tabelle 1 reicht. Der Scan der Terminologienorm ist schlecht und ihr extrahierter Text stark beschädigt; jeder daraus zitierte Satz wurde deshalb von einem gerenderten Bild der Seite abgelesen, nicht aus der Textebene. Ebenso wurde mit Tabelle 1 und Abschnitt 5 der Gesamtübersicht verfahren. Die Werte für Teilung und Durchmesser, auf denen die Rechnung beruht, stammen aus der Tabelle der Grundmaße, die diese Website für eine frühere Seite über die Wand zwischen zwei Gewinden verwendet und am Bild geprüft hat; dies ist die zweite Verwendung dieses Dokuments, und nichts von jener Seite wird hier wiederholt. Folgendes ist unsere eigene Rechnung, keine Aussage eines der Dokumente: jeder Steigungswinkel auf dieser Seite; das Verhältnis 1,237 zwischen den Tangenswerten an Spitze und Kern; die Beobachtung, dass die Regelgewindereihe 2,48 bis 3,60 Grad umspannt, während der Durchmesser einen Faktor acht umspannt; die Algebra, die zeigt, warum M16, M20 und M24 zusammenfallen; der verdoppelte Tangens für ein zweigängiges Gewinde; und die Verhältnisse 44, 44, 80, 100, 100, 100 aus Tabelle 1. Das geometrische Ergebnis zu einem zweiten Gang ist keine Aussage darüber, ob sich ein solches Gewinde lösen würde. Dieser Schritt erfordert einen Reibungskoeffizienten, diese Seite hat dafür keine Quelle und sagt deshalb nichts über Selbsthemmung. Die Frage stammt von einer öffentlichen Frage-und-Antwort-Seite für Ingenieurwesen und nicht aus den Forenwerkzeugen, die diese Website sonst verwendet und die erneut nicht verfügbar waren. Wir haben die Frage gelesen, nicht die Antworten, und kein Benutzername erscheint hier. Wir geben keine Konstruktionsempfehlung und nennen kein Produkt. Die Toleranznorm, die Norm zum Grundprofil und die Norm zur Größenauswahl wurden für diese Seite nicht gelesen, von Tabelle 2 der Gesamtübersicht waren nur die ersten Zeilen sichtbar, und die Normen für Zoll- und Trapezgewinde wurden überhaupt nicht gelesen. Berichtigung. Die erste Fassung dieser Seite sagte, auf dem Weg von der Gesamtübersicht zur Bezeichnung gebe es nirgends ein Feld für die Gangzahl. Das war falsch. Abschnitt 5.3 der Toleranznorm bezeichnet mehrgängige metrische Gewinde in der Form M16 × Ph3P1,5 − 6H und erlaubt, die Gangzahl in Worten hinzuzufügen. Wir hatten dieses Dokument damals als ungelesen ausgewiesen; das stimmte, machte den Satz aber nicht weniger falsch. Die Seite zitiert jetzt Abschnitt 5.3, und die Aussage wurde auf das eingeengt, was die Gesamtübersicht tatsächlich tut. Die kostenlose Vorschau dieser Norm reicht bis zur gedruckten Seite 5, die die Abschnitte 5.2 bis 5.4 umfasst, und die zitierte Passage wurde von einem gerenderten Bild der Seite abgelesen.