IMPERIALE VERBINDUNGSMITTEL

Es gibt zwei Hauptsysteme zur Vermessung von Gewichten und Entfernungen: das metrische System und das imperiale System. Das imperiale System basiert auf dem Britischen Erlass zu Gewichten und Maßen von 1824 (British Weight and Measures Act of 1824) und obwohl seine Popularität zunehmend abgenommen hat, ist es in verschiedenen englischsprachigen Ländern und ehemaligen britischen Kolonien immer noch gängige Praxis. Produktmaße werden im imperialen System in Thou (UK) oder Meilen (USA), Zoll, Fuß, Schritten, Meilen usw. ausgedrückt. Obwohl die offizielle Bezeichnung für das amerikanische Maßsystem das U.S. Customary System ist, das insgesamt einige Unterschiede zum offiziellen imperialen System handhabt, sind die Systeme für Verbindungsmittel identisch oder zumindest äußerst kompatibel. Die am häufigsten verwendeten Größeneinheiten für Verbindungsmittel sind Zoll und Fuß. Einheiten zum Ausdrücken von Spannung und Druck im imperialen System sind Pfundkraft pro Quadratzoll (lbf/in2 oder psi); 1.000 psi entsprechen 1 ksi, Kilopfundkraft pro Quadratzoll. Ein ksi entspricht ca. 6,9 MPa (= N/mm2). 

 

Die Grundeinheit „Zoll“ entspricht exakt 25,4 mm. 1 Fuß besteht aus 12 Zoll, wodurch 1 Fuß 304,8 mm entspricht. Ein Schritt entspricht 3 Fuß oder 36 Zoll und somit 914,4 mm. Zoll werden in Längenangaben einfach als Anführungszeichen (”) abgekürzt. In Großbritannien werden Zollmaße häufig als Brüche geschrieben (z. B. 3/4“, 1.17/64“), wogegen in den USA häufig die Dezimalschreibweise für Maße verwendet wird, die keine Nennmaße sind (z. B. 1.2656“, aber auch 3/4“). 

 

Ein weiterer bedeutsamer Unterschied zwischen den imperialen und metrischen Systemen ist, dass die Gewindesteigung der Schrauben als die Anzahl der Gewindedrehungen pro Zoll (TPI) ausgedrückt wird, anders als beim metrischen System, in dem die Gewindesteigung (P) als Abstand zwischen zwei Gewindekuppen bezeichnet wird.  Wie die nachfolgende Abbildung verdeutlicht, ist die Umwandlung einfach. Ein Gewinde mit 10 TPI hat eine Gewindesteigung (P) von 25,4/10 = 2,54 mm.

Der gängigste Gewindetyp in den USA ist das Unified National coarse thread (Nationales Grobgewinde), abgekürzt UNC (und gelegentlich „NC“). Dies ist das standardmäßige Grobgewinde in den USA. Einheitliche Zollschraubengewinde werden mit einem 60°-Gewindewinkel und verschiedenen Durchmessern und Steigungskombinationen produziert. Dieses Gewindesystem wurde 1864 von William Sellers entwickelt und innerhalb weniger Jahre wurde das System als Amerikanischer Standard adaptiert. Detaillierte Informationen über diesen Gewindetyp finden Sie in den Normen ASME B1.1 und ISO 5864. 

 

Beispiele für UNC-Gewindebezeichnungen sind 3/8” UNC, oder besser 3/8”-16UNC, wobei 16 die Anzahl der Windungen pro Zoll ist (TPI) und die Anführungszeichen ” für Zoll stehen. Ein Beispiel einer kompletten Bezeichnung für den Nenndurchmesser eines Verbindungsmittels mit einem externen Gewinde ist 3/8”-16UNC-2A, was auch die Gewindeklasse 2A angibt, oder die „Standard“-Klasse mit Spielraum – der grundsätzlichen Abweichung vom Nenndurchmesser –  und einen Toleranzbereich. Verbindungsmittel mit einem internen Gewinde werden als 3/8”-16UNC-2B bezeichnet, wobei 2B die „Standard“-Klasse angibt, ohne Spielraum und nur mit einem Toleranzbereich. 

 

Die kleinsten standardisierten UNC-Gewinde, mit einem Durchmesser von 0.0730” bis 0.2160”, werden als nummerierte Gewinde bezeichnet: No.1-64UNC bis No.12-24UNC. Größere Durchmesser werden als Brüche ausgedrückt, beginnend mit 1/4”-20UNC bis zu einem Durchmesser von 6”. 

 

Das 8UN-Gewinde ist eine konstante Steigungsvariante des UNC-Gewindes. Die 8 in 8UN bedeutet, dass die Steigung eines 8UN-Gewindes oberhalb eines bestimmten Nenndurchmessers (Grenzwerte werden in den oben genannten Standards festgelegt) für jeden Gewindedurchmesser immer 8 TPI beträgt. Bei 8UN haben alle Durchmesser über 1“ diese konstante 8 TPI-Steigung. Ein 8UN-Gewinde wird in der Regel für petrochemische Verbindungsmittel wie Stiftschrauben verwendet. Ihre komplette Bezeichnung ist ähnlich wie die UNC-Bezeichnungen; d. b. 1.1/2”-8UN-2A/2B oder 3.1/4”-8UN-2A/2B. Andere, (weitaus) weniger gängige Steigungsserien sind  4UN, 6UN, 12UN bis zu 32UN. 

 

Alle Gewindedurchmesser mit Durchmessern und Steigungskombinationen, die nicht in den Standardserien der oben genannten Schraubengewinde-Standards enthalten sind, sondern mit Spielräumen und Toleranzen konform der Formel in diesen Standards kalkuliert werden, werden in UNS angegeben, wobei „S“ sich auf ein spezielles Gewinde bezieht.

Das einheitliche nationale Feingewinde, abgekürzt als UNF (gelegentlich „NF“), ist die Version der einheitlichen Zollschraubgewinde mit feiner Steigung, die normalerweise in den USA verwendet werden und UNEF ist die Bezeichnung für ein Gewinde mit extra feiner Steigung mit noch mehr TPI als UNF-Gewinde. Einheitliche Zollschraubengewinde werden mit einem 60°-Gewindewinkel und verschiedenen Durchmessern und Steigungskombinationen produziert. Dieses Gewindesystem wurde 1864 von William Sellers entwickelt und innerhalb weniger Jahre als Amerikanischer Standard adaptiert. Detaillierte Informationen über diesen Gewindetyp finden Sie in den Normen ASME B1.1 und ISO 5864.

 

Beispiele für Bezeichnungen von UNF-Gewinden sind 3/8” UNF oder besser 3/8”-24UNF, wobei 24 die Anzahl der Windungen pro Zoll (TPI) angibt und das Symbol ” die Zolleinheit. Ein Beispiel für eine komplette Bezeichnung für den Nenndurchmesser eines Verbindungsmittels mit externem Gewinde ist 3/8”-24UNF-2A, was auch die Gewindeklasse, 2A, angibt, welche die „Standard“-Klasse mit einem Spielraum – einer grundsätzlichen Abweichung vom Nenndurchmesser  – und einem Toleranzbereich ist. Verbindungsmittel mit internem Gewinde werden als 3/8”-24UNF-2B bezeichnet und 2B steht für die „Standard“-Klasse ohne Spielraum, nur mit einem Toleranzbereich; UNEF-Gewinde werden ähnlich bezeichnet mit 3/8”-32UNEF-2A/2B. 

 

Die kleinsten standardisierten UNF-Gewinde haben einen Durchmesser, der von 0,0600 Zoll bis 0,2160 Zoll geht. Diese Größen werden als nummerierte Gewinde angegeben, von No.0-80UNF bis No.12-28UNF. Größere Durchmesser werden in Brüchen angegeben, beginnend mit einem Durchmesser von 1/4”-28UNF bis zu 1.1/2”-12UNF. Die kleinste UNEF-Größe ist No.12-32UNEF und der größte Durchmesser der Serien ist 1.11/16”-18UNEF.

 

In Bezug auf das UNF-Gewinde gibt es ein wenig Verwirrung über den Nenndurchmesser 1“. Im Standard ASME B1.1 hat das 1” UNF-Gewinde 12 TPI. Allerdings wurden viele Jahre lang, ca. seit 1935, in der Regel nicht standardmäßige 1”-14UNS-Verbindungsmittel mit 14 TPI anstatt der standardisierten 1”-12UNF-Verbindungsmittel verwendet. Tabelle 2 des ASME B1.1 enthält eine Fußnote in Bezug auf ein 1”-14 TPI-Gewinde (angegeben als 1”-14UNS): “Ehemals NF. Kein empfohlenes Standardmaß. Toleranzen und Spielräume basieren auf einen Durchmesser-/Längenverhältnis.

 

Nach mehreren Jahrzehnten werden 1"-14UNS-Verbindungsmittel in der Regel als standardmäßiges Feingewinde oder UNF betrachtet. Obwohl technisch nicht korrekt, wird 1"-14UNF universell als ein Standard für 1”-Verbindungsmittel mit Feingewinde betrachtet und 1”-14UNF hat sich als „gängiger Term“ etabliert. Daher ist es ratsam, die erforderlichen TPI zu prüfen, wenn es um ein 1“ UNF-Gewinde geht.

Ein imperialer Gewindetyp, der aus Großbritannien stammt, ist das britische Whitworth-Standardgewinde (British Standard Whitworth), was mit BSW oder einfach WW abgekürzt wird. Das BSW war das am häufigsten verwendete Grobgewindemaß in Großbritannien, aber seine Beliebtheit nahm schnell ab, als der globale Trend zu den metrischen Gewinden überging. British Standard Whitworth-Gewinde werden mit einem  Gewinde von 55° produziert. Dieser Gewindetyp verdankt seinen Namen dem Engländer Sir Joseph Whitworth, der 1841 die Standardisierung von Schraubgewinden empfahl. Seine Empfehlung wurde um 1860 in Großbritannien zum Standard und wird als erster nationaler Schraubgewinde-Standard bezeichnet.  Detaillierte Informationen über diesen Gewindetyp finden Sie in der Norm BS 84. 

 

Beispiele für Gewindebezeichnungen: 3/8” WW, 3/8” BSW oder besser 3/8”-16BSW, wobei 16 die Anzahl der Windungen pro Zoll (TPI) ist und das Symbol ” für Zoll steht. Bei Bedarf kann die Gewindeklasse nach der Bezeichnung in Klammern ergänzt werden; BS 84 umfasst die Klassen geschlossen und frei (nur für Verbindungsmittel mit externem Gewinde), normal (nur für Verbindungsmittel mit internem Gewinde) und mittel für Schrauben und Muttern. Wenn es keine Spezifikation gibt, wird eine normale oder mittlere Klasse geliefert. 

 

BSW-Gewinde sind in Durchmessern zwischen 1/8”-40BSW und 6”-2.5BSW standardisiert. Der Austausch mit UNC-Gewinden ist möglich, da einige BSW-Durchmesser-Steigungs-Kombinationen identisch sind, aber dies ist aufgrund der unterschiedlichen Gewindewinkel und weiterer kleinerer Unterschiede in der Gewindekonfiguration nicht zu empfehlen.

Das britische Standard-Feingewinde (British Standard Fine thread), abgekürzt BSF, ist die feine Variante der BSW-Gewindeform (British Standard Whitworth). Diese Einheit war einst das gängigste Feinschraubengewinde in Großbritannien, aber seine Beliebtheit nahm aufgrund der globalen Präferenz für metrische Gewinde schnell ab. Britische Standard-Feingewinde werden - ebenso wie BSW-Gewinde - mit einem 55°-Gewindewinkel produziert. Detaillierte Informationen über diesen Gewindetyp finden Sie in der Norm BS 84. 

 

Beispiele für Gewindebezeichnungen: 3/8” BSF oder besser 3/8”-20BSF, wobei 20 die Anzahl der Windungen pro Zoll (TPI) ist und das Symbol ” für Zoll steht. Bei Bedarf kann die Gewindeklasse nach der Bezeichnung in Klammern ergänzt werden; BS 84 umfasst die folgenden Klassen: geschlossen und frei (nur für Verbindungsmittel mit externem Gewinde), normal (nur für Verbindungsmittel mit internem Gewinde) und mittel für Schrauben und Muttern. Wenn keine Spezifikation geliefert wird, wird die normale oder mittlere Klasse geliefert.

 

BSF-Gewinde sind hinsichtlich des Durchmessers standardisiert zwischen 3/16”-32BSF und 4.1/4”-4BSF. Es gibt keine BSF-Durchmesser- und Steigungskombinationen, die denen der UNF- oder UNEF-Gewinde entsprechen.

Das BSP-Rohrgewinde wird häufig als Whitworth-Rohrgewinde bezeichnet und ist weltweit der häufigste Gewindetyp für Rohranwendungen.  Sämtliche Produktsorten sind mit diesem Gewindetyp versehen, einschließlich Rohre, Rohranschlüsse, Fettnippel usw. BSP-Gewinde werden mit einem 55°-Winkel produziert. Jeder Aspekt dieses Gewindetyps wird ausführlich in den Standards für BSP-Gewinde, EN ISO 228-1 oder EN 10226-1 und EN 10226-2 beschrieben (die letzteren zwei basieren auf ISO 7-1). 

 

Das BSP-Gewinde gibt es in zwei Typen: dem parallelen oder zylindrischen Typ (BSPP) und dem Kegel- oder konischen Typ (BSPT). EN ISO 228-1 beschreibt externe und interne BSPP-Gewinde als ungeeignet für die Generierung von druckfesten Verbindungen. Wenn die Montage mit BSPP-Gewinden druckfest sein muss, kann dies durch Kompression zweier fester Flächen außerhalb der Gewinde und durch Zwischenschaltung einer angemessenen Dichtung erzielt werden. EN 10226-1 beschreibt die Kombination von externen BSPT- mit internen BSPP-Gewinden und EN 10226-2 beschreibt die Kombination externer und interne BSPT-Gewinde; beide Systeme sind für die Anwendung in einer druckfesten Verbindung an den Gewindeflanken (Anschlussgewinde) geeignet. Es ist zu empfehlen, ein Dichtungsmittel zu verwenden (z. B. ein PTFE-Tape), um die Festigkeit der Verbindung zu optimieren und spirale, undichte Stellen zu vermeiden. 

 

Die Bezeichnung des Nenndurchmessers für BSP-Gewinde ist das Rohrmaß. Parallele externe und interne Gewinde, die nicht mit einem druckfesten Anschluss am Gewinde versehen sind (EN ISO 228-1), werden mit G bezeichnet. Externe Gewinde werden zusätzlich mit dem Buchstaben A oder B versehen, um die Toleranzklasse anzugeben. Für Gewindetypen, die eine druckfeste Verbindung an den Gewinden herstellen (EN 10226) werden die Bezeichnungen R für konische, externe Gewinde, Rp für parallele, interne Gewinde und Rc für konische, interne Gewinde verwendet. 

 

Beispiele sind G1.1/2” und G1.1/2”A für parallele externe und interne Gewinde konform EN ISO 228-1. Für konische externe Gewinde gibt es die Bezeichnung R1.1/2”, während Rp1.1/2” für parallele interne Gewinde und Rc1.1/2” für konische interne Gewinde konform EN 10226 verwendet wird. 

 

Außerdem sollte auch eine Norm für eine Vielzahl an Rohrgewinden (NPT, NPSC, NPTR, NPSM und NPSL) erwähnt werden, ASME B1.20.1, sowie ASME B1.20.3, als Norm für Dry-Seal-Gewinde (NPTF-1, NPTF-2, PTF-SAE SHORT, NPSF und NPSI). Letztere Gewinde können eine druckfeste Dichtung ohne Gebrauch von Dichtmitteln generieren, da sie aufgrund der Interferenz zwischen Gewindekuppe und der Basis eine umlaufende Dichtung bildet.  All diese Gewinde besitzen einen Gewindewinkel von 60° und haben die ähnliche Funktionalität wie die bereits genannten BSPP- und BSPT-Gewinde. Sie werden durch die Kombination des Rohrmaßes und der Steigung und der Gewindetypabkürzung bezeichnet. Diese Rohrgewinde werden insbesondere in den USA verwendet. Rohrgewinde konform diesen Normen sind nicht mit BSP-Gewinden austauschbar.

Eine Norm oder ein Standard ist ein Dokument, das Vereinbarungen, Spezifikationen oder Kriterien in Bezug auf ein Produkt, eine Dienstleistung oder eine Methode enthält. Standards werden innerhalb eines Unternehmens, einer Organisation, eines Konsortiums von Organisationen oder anerkannten Normierungsstellen festgelegt. Anerkannte (nationale und internationale) Normierungsstellen arbeiten konform einem vordefinierten Prozess. 

 

Ein Standard ist im internationalen Handel von großer Bedeutung. Standards sichern, dass Produkte oder Dienstleistungen in anderen Ländern einfacher akzeptiert werden. Wenn ein Standard existiert, braucht ein Produkt weniger oder keine weitere Beschreibung. Im Standard werden die meisten Merkmale eines Produkts beschrieben; im Falle der Verbindungsmittel beschreiben Standards häufig Abmessungen, Toleranzen, Materialien und mechanische Eigenschaften. Standards vereinfachen außerdem die Information und Verbreitung neuer Technologien.  

 

Die vorwiegenden Normierungsstellen für imperiale Verbindungsmittel: