Ge­win­de­to­le­ranz

Bereits vor 100 Jahren, als die ersten Schrauben verzinkt wurden, passten diese nicht mehr in die Muttern hinein. Oder andersherum: Verzinkte Muttern passten nicht mehr auf die Schrauben. Seitdem wird das Vormaß von Verbindungselementen, die beschichtet werden, beim Herstellen neu eingestellt. Aktuell spielt dies etwa im Leichtbau eine Rolle.
Wie sich das Vormaß von Verbindungselementen, die mit Zinklamellen beschichtet sind, berechnen lässt, erläutert die Internationale Standardisierungsorganisation (ISO) in der Norm 10683. Die aktuelle Fassung stammt aus 2014. Der deutsche Übersetzung der Norm lautet „DIN EN ISO 10683:2014, Verbindungselemente – Nichtelektrolytisch aufgebrachte Zinklamellenüberzüge“. Die in der Norm genannten Daten beziehen sich etwa auf weltweit standardisierte Schrauben mit metrischen Abmessungen und einem Flankenwinkel von 60°.

• Sie werden nach dem Außendurchmesser des Gewindes eingeteilt. Eine Schraube der Klasse M6 hat einen Außendurchmesser von 6 mm, eine der Klasse M10 einen von 10 mm.
• Gewinde-Toleranzklassen bezeichnen die Fertigungsgenauigkeit von Verbindungselementen.
• Diese Klassenangabe kann durch den Kleinbuchstaben „h“ ergänzt sein, wenn das Gewinde wie bei Schrauben nach außen geht (wird der Großbuchstabe „H“ hinzugefügt, geht das Gewinde wie bei Muttern nach innen).
• Die Zusatzbuchstaben „g“ und „e“ zu einer Gewinde-Toleranzklasse geben an, um wie viel Mikrometer eine Schraube dünner konstruiert wird, um für Schutzschichten einen Freiraum zu schaffen.

M10-Schrauben der Toleranzklasse 6h haben eine Toleranz von bis zu 0,236 mm. Diese Toleranz wird von der Nulllinie – dem äußersten Maß – abgezogen. Der Außendurchmesser solcher Schrauben liegt damit zwischen 9,764 und 10 mm.
Sind solche Schrauben beschichtet, ist deren Gewinde am Grund, den Flanken und den Spitzen etwas dicker. Für das Gegenstück zur Schraube – also etwa eine Mutter – wird es damit enger. Wie eng, lässt sich berechnen. Entscheidend dafür ist die Höhe der Schutzschicht auf den Gewindeflanken: Der Flankendurchmesser vergrößert sich jeweils um viermal die Schichtdicke. Ist etwa die Schutzschicht einer M10-Schraube 15 µm hoch, vergrößert sich der Flankendurchmesser um 60 µm. Dem Gegenstück zur Schraube – also der Mutter – stünden insgesamt 60 µm weniger an Platz zur Verfügung.

Schrauben, die beschichtet werden sollen, werden so konstruiert, dass sie einen Freiraum für die Schutzschicht erhalten. Sie sind etwas dünner, bieten dafür, wenn sie beschichtet sind, ausreichend Spiel an der Gewindeflanke. Hergestellt werden solche Schrauben für sehr dünne und für etwas dickere Beschichtungen.

• Der Flankendurchmesser von M10-Schrauben der Toleranzklasse „6g“ ist 32 µm dünner, die Höhe der Schutzschicht auf einer Flanke kann bis zu 8 µm betragen. Der Außendurchmesser der Schraube wird dabei um 16 µm kleiner.
• Der Flankendurchmesser von M10-Schrauben der Toleranzklasse „6e“ ist 67 µm dünner, die Höhe der Schutzschicht kann bis zu 16,75 µm betragen. Der Außendurchmesser der Schraube wird dabei um 33 µm kleiner.

Für jede einzelne Schraubengröße und Toleranzklasse gibt es andere Werte für g und e. Diese sind in Tabellen zusammengefasst.
Schutzschichten sind in Gewinden meist ungleichmäßig verteilt – etwa wenn Zinklamellenüberzüge mit dem Tauch-Schleuder-Verfahren auf Schrauben oder Muttern aufgetragen werden. Der Überzug ist dann am Gewindegrund etwas dicker als an der Flanke. An der Gewindespitze ist der Überzug hingegen etwas dünner als an der Flanke.
Die korrekte Ausführung der Gewinde lässt sich bei Schrauben mit Lehrringen und bei Muttern mit Lehrdornen prüfen. Für Lehrdorne hat der Deutsche Schraubenverband 2012 die spezielle Richtlinie „Verschraubbarkeitsprüfung von Muttern mit Zinklamellenüberzügen“ erlassen. Der Grund: Produktionsbedingt ergibt sind bei schöpfenden Teilen wie Muttern eine erhöhte Schichtdicke. Die Lehrdorne werden dann so konstruiert, dass diese die dickere Schutzschicht am Gewindegrund berücksichtigen. Die Verschraubbarkeit der Muttern wird durch die dickere Schicht am Grund nicht beeinflusst, so die Erfahrungen in der Praxis.

• Der Außendurchmesser ist der Abstand der äußersten Punkte des Gewindes.
• Der Kerndurchmesser ist der Abstand der inneren Gewindepunkte.
• Der Flankendurchmesser ist der Abstand zweier gegenüberliegender Gewindeflanken, gemessen von der Mitte der einen zur Mitte der anderen Flanke.

Alle diese Abstände werden jeweils senkrecht zur Achse gemessen.