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Ein- und mehrgängige Gewinde
Was bedeutet überhaupt “Gewinde“ in Bezug auf eine Gewindespindel? Und was ist der Unterschied zwischen ein- und mehrgängigen Gewinden?
Gewindespindeln sind Maschinenelemente, die eine rotatorische Bewegung in eine translatorische umwandeln. Gewindespindeln setzen sich aus einem zylindrischen Rundstab und einem einfachen Bewegungsgewinde, welches auf dem Rundstab angebracht wird, zusammen. Die Bewegungsgewinde können z.B. die Gewindeform Trapez oder die von igus entwickelte dryspin Geometrie sein. Die Herstellung solcher Gewindespindeln haben wir in einem separaten Blogbeitrag näher erläutert.
In diesem Beitrag gehen wir auf die Thematik Gewindegängigkeit bzw. ein- und mehrgängige Gewinde ein. Wofür stehen die Begriffe überhaupt und was bedeuten sie für meine Anwendung?
Mithilfe folgender Grafik lässt sich dies gut erkennen:
Erklärung ein- und mehrgängige Gewinde
Eingängige Gewindespindeln (1. Grafik v.l.) bestehen, wie der Name schon sagt, aus nur einem einzelnen Gewindegang (Single Start). Das bedeutet, der durch Pitch gekennzeichnete Abstand der Flanken zueinander ist ebenfalls der lineare Verfahrweg (Steigung) in Millimetern pro Umdrehung der Spindel.
Bei der zweiten Gewindespindel (2. Grafik v.l.) ist ein weiterer Gewindegang hinzugekommen. Das bedeutet, dass mit einer Umdrehung der Spindel der zweifache Hub erreicht wird (Steigung = 2x Pitch). Die Gewindeanfänge liegen um 180° versetzt, also sich gegenüber. Hierbei handelt es sich um mehrgängige Gewinde.
Die dritte Spindel in diesem Beispiel zeigt eine 4-gängige Gewindespindel. Das bedeutet, wir haben 4 Gewindeanfänge (orange, grün, lila und hellblau). Für den linearen Verfahrweg gilt hier die gleiche Berechnung wie für die anderen Beispiele. Der lineare Verfahrweg (Steigung) ist somit der vierfache Abstand der Flanken zueinander. Die Gewindeanfänge liegen im Abstand von 90° zueinander.
Kann ich ein mehrgängiges Gewinde auch optisch und ohne gekennzeichnete Linien erkennen? JA! Und zwar mit Blick auf die Stirnseite der Gewindespindeln:
Eingängige Gewinde
Erste Grafik v.l.: Es ist von oben ein Gewindeanfang zu sehen. Der Gewindeflankenabstand (Pitch) ist gleich der Gewindesteigung (Lead).
Mehrgängige Gewinde
Restlichen Grafiken: Blickend auf die Stirnflache der Gewindespindel sind dann zwei oder mehrere Gewindeanfänge symmetrisch zueinander erkennbar. Durch die Anzahl der Gewindeanfänge ist die Gangzahl des Gewindes definiert. (Zwei Gewindeanfänge = zweigängige Gewindespindel)
Was sagt mir die Gewindebezeichnung TR20x8P4 überhaupt und wie berechne ich die Gangzahl dieses Gewindes?
Trapezgewinde: Tr20x8P4
Gewindenenndurchmesser: 20 mm
Steigung: 8 mm
Gewindflankenabstand P: 4 mm
Gangzahl: 8/4=2 ((Steigung (Lead) / Pitch) = Gangzahl)
► Tr20x8P4 = 2-gängiges Gewinde
Steilgewinde
Steilgewinde: DS10x12
Gewindenenndurchmesser: 10 mm
Steigung L: 12 mm
Gewindeflankenabstand P: 3 mm
Gangzahl: 12/3=4 ((Steigung (Lead) / Pitch) = Gangzahl)
►DS10x12 = 4-gängiges Gewinde
Eingängige Trapezgewindetriebe sind abhängig vom Reibwert in den meisten Fällen selbsthemmend. Erst bei sehr niedrigen Reibwerten kann dieser Effekt abgeschwächt sein. Das bedeutet, dass aufgrund des Flankenwinkels und der Gleitreibung eine Bewegung von Mutter oder Spindel ohne äußere Krafteinflüsse nicht erfolgt. Sobald die Haftreibung überschritten ist, sind die Körper nicht mehr selbsthemmend. Mehrgängige Trapezgewindetriebe haben eine „Rest-Hemmung“, Steilgewindetriebe haben keine Selbsthemmung. Mehr Infos zum Thema Selbsthemmung finden Sie hier.
Mein Vorteil bei Verwendung von mehrgängigen Gewinden:
Bei der Verwendung von mehrgängigen Gewindespindeln erhöht sich der Flächentraganteil unter der Voraussetzung eines gleichbleibenden Kerndurchmessers.
► Geringere Flächenpressung = längere Lebensdauer
Des Weiteren wird der Zwischenraum zwischen den Zahnflanken geringer, wodurch das Gesamtsystem tendenziell präziser wird. Mehrgängige Gewinde finden häufig bei Steilgewinden Anwendung.
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