Titel: Karmarsch, über die richtige Construction der Schrauben hinsichtlich der Feinheit ihrer Gewinde.
Autor: Karmarsch, Karl
Fundstelle: 1844, Band 91, Nr. LXXXVIII. (S. 336–341)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj091/ar091088

LXXXVIII. Ueber die richtige Construction der Schrauben hinsichtlich der Feinheit ihrer Gewinde; von Karl Karmarsch.69)

Unter dem Ausdruke: „Feinheit der Gewinde“ wird hier das Maaß des einzelnen Schraubenganges seiner Breite nach (d. h. in der Längenrichtung der Schraube), oder die Anzahl von Gängen, welche sich auf 1 Zoll Länge der Schraube befindet, verstanden. Die erstere Ausdruksweise ist bei Schrauben mit sehr groben Gängen, die leztere in den übrigen Fällen gebräuchlich. Die Breite oder Stärke der Gänge muß in einem passenden Verhältnisse mit dem Durchmesser der Schraube stehen, und sofern lezterer gegeben ist, hat man die Dimensionen des Gewindes darnach einzurichten, so wie umgekehrt für eine vorgeschriebene Steigung (also Gangbreite) des Gewindes man der Schraube einen damit harmonirenden Durchmesser geben muß. Von dem Verhältnisse des Durchmessers (einschließlich der Gewinde) zur Steigung ist der Neigungswinkel der Gänge abhängig. Dieser hat für folgende Fälle die beigesezte Größe:

Textabbildung Bd. 091, S. 336
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Obwohl in den eben gedachten Beziehungen die Praktiker sehr oft sich keiner festen Regeln bewußt sind, namentlich was die kleineren Arten von Schrauben betrifft, so führt doch schon ein für richtiges Ebenmaaß geübtes Auge ziemlich auf den rechten Weg; und wenn man eine große Anzahl guter Gewinde untersucht, so lassen die Resultate davon die unbewußt beobachteten Regeln erkennen. Auf diese Weise haben sich folgende als bewährt anzusehende Säze ergeben:

a) Bei eisernen Schrauben mit flachem und einfachem Gewinde macht man den Durchmesser der Spindel (immer mit Einschluß der hohen Gänge verstanden) regelmäßig 3⅓ bis 4mal so groß als die Steigung, wonach sowohl die Breite des hohen Ganges, als jene des vertieften der siebente oder achte Theil des Durchmessers ist. Sehr selten findet ein kleineres oder größeres Verhältniß zwischen Steigung und Durchmesser statt; und 1 : 3⅓ einerseits, so wie 1 : 4½ andererseits, können als die äußersten Gränzen angesehen werden. In der Ausführung doppelter, drei- und vierfacher Schrauben behält man die vorstehende Bestimmung der Gangbreite bei (nämlich ⅛ bis 1/7 des Durchmessers); aber die Steigung des Gewindes erhöht sich dabei natürlich auf die doppelte, dreifache, vierfache Größe. Legt man ⅛ des Durchmessers als Breite des hohen (und eben so des vertieften) Ganges zu Grunde, so ergibt sich

Für das das verhältniß der Steigung zum Durchmesser der Reigungswinkel.
Zweifache Gewinde 1 : 2 3′
dreifache 3 : 4 13° 26′
vierfache 1 : 1 17° 40′

Wird dagegen 1/7 des Durchmessers zur Gangbreite genommen, so findet man

Für das das verhältniß Steigung zum Durchmesser der Reigungswinkel.
Zweifache Gewinde 4 : 7 10° 19′
dreifache 6 : 7 15° 16′
vierfache 8 : 7 20°

Kann nun der Reibungswinkel bei solchen Schrauben ungefähr auf 9° angenommen werden, so ergibt sich, daß (in richtigem Verhältnisse der Steigung gearbeitete) doppelte flache Schrauben theilweise und unvollkommen, drei- und vierfache dagegen in ausgezeichneter Weise die Eigenschaft besizen müssen, durch einen Gegendruk zurük zu springen, wie dieß dann die Erfahrung allgemein bestätigt. Es läßt sich aus dem Obigen die einfache praktische Regel ableiten, daß, um diese Eigenschaft einer Schraube zu ertheilen, man derselben |338| mehr als den halben Durchmesser zur Steigung geben müsse.

b) Eiserne (überhaupt metallene) Schrauben mit gewöhnlichen scharfen Gewinden bieten hinsichtlich des Verhältnisses zwischen Steigung und Durchmesser weit mehr Mannichfaltigkeit dar, als jene mit flachen Gängen. Abgesehen von den Fällen, wo beim Einschneiden von Gewinden an allerlei Geräthen (um Dekel und dergleichen aufzuschrauben) die Umstände gewöhnlich nöthigen, bei großem Durchmesser ein feines Gewinde anzuwenden, gilt im Allgemeinen die Regel: daß zwar das Gewinde desto feiner zu machen sey, je kleiner der Durchmesser der Schraube ist, jedoch zur Ganghöhe ein desto größerer Theil des Durchmessers genommen werde, je geringer der leztere ist. Aus der Untersuchung einer großen Anzahl guter und schöner (schmiedeiserner und stählerner) Schrauben sind die Resultate entnommen, welche hier zusammengestellt folgen, und sich auf einfache Gewinde beziehen:

Durchmesser der Schrauben, Zoll. Anzahl der Gewindgänge auf 1 Zoll Länge. Verhältniß der Steigung zum Durchmesser.
1/16 64 bis 80 1 : 4 bis 5
3/32 42 60 1 : 4 5⅔
36 48 1 : 4½ 6
3/16 28 34 1 : 5¼ 6⅜
¼ 24 32 1 : 6 8
18 27 1 : 6¾ 10⅛
½ 14 20 1 : 7 10
12 16 1 : 7½ 10
¾ 10 12 1 :7½ 9
7/8 8 10 1 : 7
1 8 1:8

Sollen dergleichen Schrauben mit mehrfachen Gewinden dargestellt werden, so bleibt die Feinheit der einzelnen Gänge die nämliche, aber die Steigung wird in dem nöthigen Verhältnisse vergrößert, d. h. doppelt so groß für eine zweifache, dreimal so groß für eine dreifache Schraube etc. — Die in vorstehender Tabelle enthaltenen Vorschriften, obwohl aus der vieljährigen Praxis vorzüglicher Werkstätten abgeleitet, können doch nicht ganz uneingeschränkt als Gesez gelten; denn in einzelnen Fällen kann man durch besondere Umstände veranlaßt werden, das Gewinde einer Schraube feiner zu nehmen, als das regelmäßige Verhältniß zum Durchmesser innerhalb der durch die Tabelle gestekten Gränzen gestattet. So finden sich wohl ausnahmsweise Schrauben von 3/32 Zoll Dike mit 76 bis |339| 80 Gängen auf 1 Zoll; solche von ¼ oder ⅜ Zoll mit 40 bis 48 Gängen; von ¾ Zoll mit 16 Gängen u. s. w.; allein solche Abweichungen werden, gegen das Ganze gehalten, stets selten seyn. Die kleinsten Schräubchen bei Uhrmacher-Arbeiten, mit Gängen, von welchen 100 bis 120 nur den Raum eines Zolles einnehmen, können als die Gränze hinsichtlich der Feinheit der Schraubengewinde angesehen werden.

Neuerlich hat in England Jos. Whitworth auf den Vortheil aufmerksam gemacht, welcher aus der allgemeinen Annahme übereinstimmender Schraubengewinde entstehen würde. Die außerordentliche Verschiedenheit der Gewinde an den Schraubenbolzen etc., welche bei Dampfmaschinen und andern Maschinerien vorkommen, wird besonders bei Reparaturen sehr fühlbar, und macht diese kostspielig und oft ungenügend. Wären dagegen in allen mechanischen Werkstätten gleiche und feststehende Verhältnisse zwischen dem Durchmesser und der Ganghöhe der Gewinde, so wie übereinstimmende Formen der Schraubengänge eingeführt, so wird es an jedem Orte leicht seyn, fehlende Schrauben genau in der erforderlichen Weise zu ersezen, ohne daß man eine große Menge verschiedener Werkzeuge (Schneidbaken und Gewindebohrer) anzuschaffen und vorräthig zu halten genöthigt wäre. Die Maschinenbauer Whitworth und Comp. wurden vor einigen Jahren veranlaßt, ein System von Schraubengewinden aufzustellen und anzunehmen, welches dadurch zu Stande gebracht wurde, daß man eine große Menge Schraubenbohrer aus den vorzüglichsten Maschinen-Werkstätten Englands sammelte, die Ganghöhe ihrer Gewinde mit den Durchmessern verglich, und aus den Mittelwerthen eine regelmäßige Scale bildete. Die ¼, ½, und 1½zölligen Bolzen wurden besonders ausgewählt und als die feststehenden Punkte der Scale angenommen, nach welchen man die dazwischenfallenden Abstufungen bestimmte. Diese Scale wurde später bis auf 6 Zoll Durchmesser ausgedehnt, und ist folgende:

Durchmesser der Schrauben Zoll. Anzahl der Gewindgänge auf 1 Zoll Länge. Verhältniß der Steigung zum Durchmesser.
¼ 20 1 : 5
5/16 18 1 : 5 5/8
3/8 16 1 : 6
7/16 14 1 : 6 1/8
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Durchmesser der schrauben, Zoll. Anzahl der Gewindgänge auf 1 Zoll Länge. Verhältniß der Steigung zum Durchmesser.
½ 12 1 : 6
5/8 11 1 : 6 7/8
¾ 10 1 : 7½
7/8 9 1 : 7 7/8
1 8 1 : 8
1 1/8 7 1 : 7 7/8
7 1 : 8¾
1 3/8 6 1 : 8¼
6 1 : 9
1 3/8 5 1 : 8 1/8
5 1 : 8 ¾
1 7/8 1 : 8 7/16
2 1 : 9
4 1 : 9
4 1 : 10
2 ¾ 1 : 9 5/8
3 1 : 10½
1 : 10 9/16
1 : 11 ⅜
3 1 : 11¼
4 3 1 : 12
2 7/8 1 : 12 7/32
2 7/8 1 : 12 15/16
1 : 13 1/16
5 2 3/4 1 : 13¾
2⅝ 1 : 13 25/32
2⅝ 1 : 14 7/16
1 : 14⅜
6 1 : 15

Diese Bestimmungen gelten sowohl für Gußeisen als für Schmiedeisen, und dieser Umstand ist wahrscheinlich die Veranlassung gewesen, daß die Gewinde etwas gröber gemacht worden sind, als sie im Allgemeinen für Schmiedeisen üblich sind (siehe die vorhergehende Tabelle). Um eine Uebereinstimmung in der Gestalt der Gewinde zu erlangen, ist durchgehends der Kantenwinkel = 55 Grad festgesezt worden. Das auf diese Art zusammengestellte System von Schraubengewinden hat schon eine ziemlich große Verbreitung gewonnen. An vielen Eisenbahnen und in mehreren der größten mechanischen Werkstätten Englands ist es ausschließlich angenommen worden; deßgleichen wurde es in dem königlichen Dock-Yard zu Woolwich und bei dem |341| Baue der Dampfmaschinen für die königliche Post-Dampfboot-Gesellschaft eingeführt.

c) Die eisernen Holzschrauben mit weit aus einander liegenden scharfen Gewinden unterliegen wieder eigenen Regeln in Betreff des Verhältnisses zwischen Durchmesser und Steigung. An ausgezeichnet schönen Schrauben dieser Art hat sich beim Nachmessen Folgendes ergeben, wobei zu bemerken ist, daß unter Durchmesser (wegen der etwas konischen Gestalt) der mittlere Durchmesser, einschließlich des Gewindes, verstanden werden muß:

Durchmesser, Zoll. Anzahl der Gänge auf 1 Zoll. Verhältniß der Steigung zum Durchmesser. Tiefe der Gewindgänge, Zoll. Verhältniß der Gewindtiefe zum Durchmesser. Verhältniß der Gewindtiefe zur Steigung.
0,44 1 : 2,75 0,078 1 : 5,64 1 : 2,05
0,23 12 1 : 2,76 0,050 1 : 4 60 1 : 1,67
0,17 15 1 : 2,55 0,040 1 : 4,25 1 : 1,67
0,08 27 1 : 2,16 0,020 1 : 4 1 : 1,85

Man sieht hieraus, daß der Durchmesser 2 1/6, bis 2¾mal so groß ist, als die Steigung, und daß dieses Verhältniß mit abweichender Dike der Schrauben kleiner wird, eben so wie das Verhältniß zwischen der Tiefe des Gewindes und dem Durchmesser, wonach das Verhältniß der Gewindtiefe zur Steigung nur geringe Schwankungen darbietet.

d) Die dreiekigen Gewinde der hölzernen Schrauben erhalten regelmäßig eine Steigung (oder Gangbreite) von solcher Größe, daß sie 3½ bis 4mal (selten 4½ oder gar 5mal) in dem Durchmesser der Spindel, zu welchem das Gewinde eingerechnet wird, enthalten ist. Nach guten Mustern kann die Regel aufgestellt werden, daß bei Schrauben unter und bis zu 1 Zoll Dike die 3½ fache, und bei Schrauben von mehr als 1 Zoll die 4 fache Steigung dem Durchmesser gleich gemacht wird. Mehrfache hölzerne Schrauben bekommen Gänge von derselben Stärke, aber entsprechend größerer Steigung.

Aus dem Artikel Schrauben in dem kürzlich erschienenen XIII. Bande von Prechtl's technologischer Encyklopädie.

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