ACME-Gewinde

Zoe Moser | 1. September 2021

Trapezgewinde und ACME-Gewinde – Was ist eigentlich der Unterschied?

Gewindespindeln sind Maschinenelemente und eignen sich hervorragend, um eine rotatorische Bewegung in eine translatorische Bewegung umzuwandeln, um somit zum Beispiel einen Türantrieb anzutreiben. Es gibt viele unterschiedliche Gewindeformen und Gewindearten, die alle ihre Besonderheiten aufweisen. Doch was ist eigentlich der Unterschied zwischen dem europäischen Trapezgewinde und dem amerikanischen ACME-Gewinde? Ist das nicht das dasselbe?

Das europäische Trapezgewinde (nach DIN103)

Seinen Namen erhält das Trapezgewinde durch seine charakteristische Form. Im Querschnitt gesehen gleicht die Form des Gewindes einem gleichschenkligen Trapez mit einem Winkel von 15° sowie einem Flankenwinkel von 30°. Die Trapezgewinde werden vorzugsweise als Bewegungsgewinde eingesetzt und können hohen axialen Kräften standhalten. Das liegt unter anderem daran, dass im Gegensatz zum metrischen ISO-Gewinde die Gewindegänge wesentlich breiter sind.

Trapezgewinde sind bedingt Selbsthemmend. Die Selbsthemmung hängt vom Reibwert der Materialpaarung Spindel/Mutter, der Oberflächengüte und vom Steigungswinkel ab. Wenn der Steigungswinkel kleiner als der Reibungswinkel ist, ist der Spindeltrieb selbsthemmend.

Das europäische ISO Trapezgewinde wird in metrischer Maßeinheit nach DIN 103 angefertigt. Beim Fertigungsverfahren des Trapezgewindes gibt es jedoch kleine Unterschiede mit großer Auswirkung. Zum einen sind die Gewindeflanken abgerundete, zum anderen sind die Gewindeflanken scharfkantig. (Gerollt vs. gewirbelt! Die Herstellung der Gewindespindel kurz und knapp erklärt)

Und was ist jetzt der Unterschied zu einem ACME Gewinde?

ACME Gewinde (ANSI B1.5 2C)

Das ACME Gewinde ist eine amerikanische entwickelte Gewindeform und eine Weiterentwicklung der Vierkantgewindeform (square thread) aus dem 18. Jahrhundert. Die Vierkantgewindeform (square thread) war damals in den USA die erste Wahl. Denn durch die Gewindegeometrie und dem 90° Flankenwinkel, wurde die Übertragung von Bewegungen und hohen Kräften mit hoher Effizienz ermöglicht. Allerdings war dieses Gewinde aufgrund des Flankenwinkels mit den damaligen verfügbaren Fertigungstechnologien auch nur sehr schwer zu fertigen. Daher wurde die Gewindegeometrie entsprechend weiterentwickelt und mit einem Flankenwinkel von 29° konzipiert. Durch die Gewindeoptimierung wurde der Herstellungsprozess deutlich vereinfacht. Ebenso hatte dies den positiven Effekt, dass durch die Änderung des Winkels der Gewindegrund verbreitert wurde, sodass das Gewinde zusätzlich eine höhere Festigkeit bietet.

Im Laufe der Zeit wurden Standards für ACME-Durchmesser und -Steigungen festgelegt, die alle mit Imperial Inches im Durchmesser und Threads-per-Inch-Einheiten beschrieben wurden. Dabei werden ACME Gewinde in bestimmte Klassen wie 2G, 3G, 2C usw. eingeteilt, die leicht unterschiedlichen Toleranzen aufweisen.

Nehmen wir zum Beispiel an, dass eine ¾-ACME-Spindel einen Hauptdurchmesser von 0,75 inch und 10 TPI hat. Um die Gewindesteigung (linearer Verfahrweg in inch pro Spindelumdrehung) zu berechnen, teilen wir einfach 1 inch durch die TPI-Kennzahl. In diesem Beispiel legt eine 10-TPI-Mutter 0,10 inch pro Umdrehung zurück.

Formel: GEWINDESTEIGUNG = 1 / TPI (Gewinde pro inch)

Beispiel: ACME 3/8-20 = 0,05 inch pro GEWINDESTEIGUNG

Was ist denn jetzt der Unterschied zwischen dem ACME Gewinde und dem Trapezgewinde?

Bei beiden Gewindeformen wird durch eine rotatorische Bewegung eine lineare Bewegung erzeugt, um somit eine schwere Last zu bewegen. Die amerikanische ACME-Gewindeform hat einen Flankenwinkel von 29 Grad und die Maße des Gewindes werden in der Einheit „Imperial“ (Zoll) angegeben. Das europäische metrische ISO Trapezgewinde hat einen Flankenwinkel von 30 Grad und die Maße des Gewindes werden in der Einheit „metrisch“ (Meter, Zentimeter und Millimeter) angegeben. Die Verwendungszwecke für diese Gewindeformen sind im Wesentlichen dieselben. Unter Berücksichtigung der zulässigen Fertigungstoleranzen können sie sogar austauschbar sein, wenn der TPI (threads-per-inch) gleich ist. Typische Anwendungen sind zum Beispiel lineare Antriebssysteme, Tischhöhenverstellungen, Schraubstöcke, Poller, Antriebe für medizinische Analysemaschinen, Wagenheber und noch viele mehr.

Physikalisch gesehen ist kein großer Unterschied vorhanden. Die Wahl des Gewindes hängt in der Regel von der Herkunft und dem Bestimmungsort des fertigen Teils ab. Aber eins ist klar! Am Ende macht die dryspin® Technologie den entscheidenden Unterschied aus!

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