Oktober 2010



Gewindebohrungen bei gefrästen Prototypenteilen

Ein kluger Mann hat einmal gesagt: „Das Schöne an Standards ist, dass es so viele davon gibt.“ Er sprach zwar nicht von Befestigungsgewinden, aber das wäre durchaus denkbar gewesen. Es gibt viele verschiedene Standards für Befestigungsschrauben: metrisch und zöllig, fein und grob. Das sind die gängigen Unterscheidungsmerkmale. Ein Gewindefachmann kennt und verwendet darüber hinaus Standards für Linksgewinde, konische Gewinde, mehrgängige Gewinde, Trapezgewinde, Rohrgewinde usw. Zum Glück können wir uns beim Prototypenbau auf drei gängige Gewindefamilien beschränken: UNC-, UNF- und metrische Gewinde.


UNF (Unified National Fine) ist ein Zoll-Standard für Gewinde. UNF-Gewinde werden durch einen Zolldurchmesser (entweder eine Bruchzahl, wie 1/4 oder ein Lehrenmaß, wie N 4) und eine Gewindesteigung spezifiziert. Der Durchmesser bezieht sich auf den Außendurchmesser der Gewinde. Die Steigung des Gewindes gibt an, wie viele Gewindegänge auf einem linearen Zoll des Bolzens auftreten. Ein Gewinde mit der Bezeichnung N 6 - 40 ist somit ein 6er-Gewinde mit einer Steigung von 40 Gewindegängen pro Zoll. Wird eine Schraube mit 40er-Steigung einmal gedreht, beträgt der Vorschub 1/40 Zoll entlang der Schraubenachse.


UNC (Unified National Coase) ist ebenfalls ein Zoll-Standard. UNC-Gewinde werden mithilfe derselben Konventionen wie UNF-Gewinde spezifiziert, wobei die Durchmesser identisch, die Gewindesteigungen jedoch grober sind.


Im Vergleich zu groben Befestigungsgewinden mit demselben Durchmesser, sind Feingewinde belastbarer. Feingewindeschrauben haben in der Regel weniger Spiel. Um eine Feingewindeschraube auf eine gegebene Spannkraft vorzuspannen ist ein geringeres Drehmoment erforderlich. Andererseits dauert es länger, eine feine Befestigungsgewindeschraube einzuschrauben, da diese mehr Gewindegänge pro Längeneinheit besitzt. Feingewindeschrauben verkanten darüber hinaus leichter und sind anfälliger gegenüber Abrieb und anderen Verunreinigungen.


Metrische Befestigungsgewinde werden durch Angabe des Außendurchmessers in mm und einer Gewindesteigung spezifiziert. Die Steigung eines Gewindes wird in mm pro Gewindegang angegeben. Ein metrisches Befestigungsgewinde mit der Bezeichnung „M6 x 1,0 “ besitzt einen Durchmesser von 6 mm und der Vorschub der Schraube pro Drehung beträgt 1 mm entlang der Achse. Es gibt Grob- und Feingewindestandards für metrische Gewinde, doch den meisten Designern ist dies nicht bewusst. Die meisten metrischen Befestigungsgewinde sind Feingewinde und meistens wird die Steigungsangabe sogar ganz weggelassen. „M6“ bedeutet also so viel wie „M6 x 1,0“.


Wenn Sie nicht vorhaben, an die Grenzen der Belastbarkeit eines Befestigungsgewindes zu gehen, ist die Frage, ob Sie ein UNC-, ein UNF- oder ein metrisches Gewinde wählen sollten in der Regel eine Frage der Zweckmäßigkeit (zum Beispiel: Was ist im Baumarkt erhältlich?). Außerhalb der USA bietet es sich an, auf metrische Gewinde zurückzugreifen, sofern kein zwingender Grund dagegen spricht. Innerhalb der USA sind Grobgewinde etwas häufiger als Feingewinde, besonders in den Lehrenmaßen N 2 bis N 8. Im Allgemeinen empfiehlt es sich, sich für eine Gewindefamilie zu entscheiden und dabei zu bleiben. Häufig ist es ratsam, möglichst wenig unterschiedliche Schraubengrößen in einer Produktreihe zu verwenden. (Hinweis: Wenn Sie UNC- und UNF-Befestigungsgewinde desselben Durchmessers in demselben Produkt kombinieren, wird Ihnen Ihre Fertigungsabteilung das ganz sicher nicht danken!).


Innengewinde werden mittels einer von zwei Methoden in Ihr Teil eingearbeitet. Bei der herkömmlichen Methode wird ein Kernloch gebohrt. Anschließend werden mit einem Gewindebohrer Gewinde in die Wände des Kernlochs geschnitten. Gängige Gewindebohrer sind verjüngt, damit sie besser in die Bohrung eingreifen und die Gewindegänge in mehreren Durchläufen schneiden können. Aus diesem Grund reichen Vollgewinde nicht bis zum Boden eines Grundlochs. Ein weiterer Gewindebohrer, der „Sacklochgewindebohrer“, besitzt einen schnelleren Kegel und kann zum Schneiden von Gewinden in der Nähe des Bodens eines Grundlochs (Sacklochs) verwendet werden.

Abbildung 1 – Gewindebohrer sind Schneidwerkzeuge, mit denen Gewinde in die Wände von Kernlöchern geschnitten werden.

Abbildung 1 – Gewindebohrer sind Schneidwerkzeuge, mit denen Gewinde in die Wände von Kernlöchern geschnitten werden.


Bei der zweiten Methode zum Gewindeschneiden kommt ein „Gewindefräser“ zum Einsatz. Wie beim Gewindebohrer wird zuerst ein Kernloch gebohrt. Der Gewindefräser besitzt seitliche Zähne an dem Ende, mit denen das Gewindeprofil an der Innenseite des Lochs geschnitten wird. Im Gegensatz zum Gewindebohrer, der sowohl manuell als auch in einer Werkzeugmaschine verwendet werden kann, ist zur Herstellung des schraubenförmigen Profils für das Gewindeschneiden mit einem Gewindefräser eine CNC-Fräsmaschine nötig.

Abbildung 2 – Gewindefräser können sehr nahe am Boden eines Grundlochs schneiden und fertigen in der Regel ein besseres Gesamtgewinde als Gewindebohrer.

Abbildung 2 – Gewindefräser können sehr nahe am Boden eines Grundlochs schneiden und fertigen in der Regel ein besseres Gesamtgewinde als Gewindebohrer.


Entwickler geben manchmal den Gewindeeingriff in Prozent an. Dieser gibt an, wie groß ein Kernloch geschnitten wird. Da der Außendurchmesser der Gewinde bei Befestigungsgewinden fixiert ist, bedeutet ein größeres Kernloch, dass die Gewindegänge nicht so tief sind und die Gewindegänge des Befestigungsgewindes nicht so viel Griff bieten. Je höher der Prozentsatz des Gewindeeingriffs ist, desto schwieriger ist es, die Gewindegänge zu schneiden. Falls nicht anders angegeben, beträgt der Gewindeeingriff normalerweise 75 %.


CAD-Pakete bieten unterschiedliche Hilfestellungen bei der Planung von Befestigungsgewinden für Ihr Teil an. Ein vollwertiges CAD-Paket wie SolidWorks verfügt über einen „Bohrungsassistenten“, der Sie bei der Auswahl von Gewindesteigung, Größe, Einführungscharakteristiken usw. unterstützt. Einführungscharakteristiken sind Merkmale am Locheingang, wie z.B. Einführschrägen, die dafür sorgen, dass sich das Befestigungselement schneller in das Loch einführen oder der Kopf einer Flachkopfschraube versenken lässt. CAD-Pakete, die über Bohrungsassistenten verfügen, stellen Bohrungen in der CAD-Datei intern unterschiedlich dar. Wird ein Entwurf in ein Standard-Dateiformat wie IGES konvertiert, dann werden die Metadaten, die die Bohrung beschreiben herausgefiltert. Daher gibt es keine Pauschallösung, um festzulegen, welche Bohrung in einem Entwurf welches Gewinde erhalten soll.


Firstcut bietet die Möglichkeit, Gewindebohrungen ganz einfach zu Kunststoff-, Aluminium- und Messingteilen hinzuzufügen. Firstcut unterstützt UNC- und UNF-Gewinde zwischen N 2 und 1/2 Zoll, sowie metrische Gewinde von M2 bis M12. Eine genaue Übersicht über die Gewindeoptionen finden Sie auf der Seite ‚Gewindebohrungen‘. Da es hinsichtlich der Spezifizierung von Gewinden keine einheitlichen Standards zwischen den CAD-Paketen gibt, bestimmt Firstcut, wo Gewinde anzubringen sind und sucht dabei nach Bohrungen, die Kernlöcher sein könnten und die richtig ausgerichtet sind. Fügen Sie Ihrem Entwurf keine Innengewinde hinzu. Dies beeinträchtigt die Suche von Firstcut nach Kernlöchern. Das Firstcut-Verfahren verwendet 3-Achsen-Fräsen. Löcher können daher nur dann gefräst und mit einem Gewinde versehen werden, wenn sie auf eine der drei Hauptachsen ausgerichtet sind.


Wenn Sie Ihr FirstQuote® erhalten, stellt die 3D-Anzeige des interaktiven Angebots eine Grafik Ihres Teils sowie eine Liste der Bohrungen dar, die mit einem Gewinde versehen werden können. Wenn Sie auf eine aufgelistete Bohrung in der Tabelle klicken, wird diese Bohrung vergrößert dargestellt und ein Drop-Down-Menü mit Gewindeoptionen erscheint. Sie können außerdem mithilfe der Schaltflächen „zurück“ und „weiter“ von Bohrung zu Bohrung springen. (Ein FirstQuote-Muster mit Gewindebohrungen ansehen.) Wenn Sie mit Ihrer Auswahl fertig sind, klicken Sie auf die Schaltfläche „aktuelle Auswahl speichern“ (save current selections), um den Prozess abzuschließen. Wenn Sie den 3D-Viewer ProtoView nicht installieren können, steht eine 3D-PDF-Datei zur Verfügung. Die PDF-Datei ist nicht interaktiv. Die jeweiligen Auswahlen können jedoch in Ihrem FirstQuote getroffen werden. (Diese Vorgehensweise ist genauso effektiv wie mit dem interaktiven ProtoView, sie macht lediglich nicht ganz so viel Spaß.)


Nach Auftragserteilung erhalten Sie eine Bestellbestätigung per E-Mail, auf der die ausgewählten Gewindegrößen aufgeführt sind. Bitte prüfen Sie die Bestellbestätigung auf ihre Richtigkeit.


Weitere Informationen zum Entwerfen von Gewindebohrungen finden Sie auf unserer Webseite ‚Gewindebohrungen‘. Wenn Sie weitere Fragen haben oder Hilfe benötigen, wenden Sie sich bitte an Proto Labs unter der Nummer +49 6261 6741 768.