Ob in alltäglichen Gegenständen wie Flaschenverschlüssen oder in hochkomplexen Apparaturen der Labor- und Chemietechnik: Gewinde bilden die Grundlage für stabile und vielseitig einsetzbare Schraubverbindungen. Ihre einfache, aber geniale Mechanik verbindet Bauteile sicher und erlaubt gleichzeitig eine flexible Demontage.
Neben klassischen Metallgewinden spielen auch Glasgewinde eine bedeutende Rolle, insbesondere in Bereichen, in denen chemische Beständigkeit und Temperaturstabilität gefragt sind. Sie bieten nicht nur die typischen Vorteile eines Gewindes, sondern verknüpfen diese mit den einzigartigen Materialeigenschaften von Glas. Adaptiert werden solche Gewinde unterschiedlicher Ausprägungen und Größen mittels Glasgewindeadaptern.
Was sind Gewinde?
Werden in die Oberfläche zylindrischer oder konischer Werkstücke spiralförmige Vertiefungen geschnitten, entstehen dabei Rillen, welche das Gewinde darstellen. Es kann sowohl ins Äußere des Bauteils, etwa eines Bolzens, wie auch ins Innere eingearbeitet werden, beispielsweise bei einer Mutter. Üblicherweise werden die schraubenlinienförmigen Einkerbungen unabhängig von der Gewindeart mittels spanabhebender Verfahren eingeschnitten. Eingesetzt werden hierfür maschinelle Gewindebohrer, Gewindeschneidköpfe, Gewindefräser oder Gewindedrehmeißel, insbesondere bei der Fertigung hoher Stückzahlen im Maschinenbau und anderen Industriezweigen.
Der Spritzguss ist ein weiteres relevantes Fertigungsverfahren für Gewinde. Hierbei wird der Kunststoff aufgeschmolzen und anschließend unter hohem Druck in eine Form eingespritzt, die das gewünschte Gewindeprofil enthält. Nach dem Erstarren des Materials wird das Bauteil entformt, wobei bei Innengewinden spezielle Kernsysteme oder drehbare Werkzeuge eingesetzt werden, um Beschädigungen zu vermeiden.
Greifen in Geometrie und Größe kompatible Innen- und Außengewinde ineinander, entstehen Schraubverbindungen, die Bauteile fest, aber reversibel zusammenfügen. Gewinde und Gewindeadapter unterliegen daher strengen Normen, wie DIN- oder ISO-Standards, um ihre Funktionalität und herstellerunabhängige Kompatibilität zu gewährleisten.
Welche Gewindearten gibt es?
Gewinde ist nicht gleich Gewinde. Je nach Anwendungsgebiet kommen unterschiedliche Gewindearten zum Einsatz. So sind etwa Gewinde von Saftflaschen anderen Anforderungen ausgesetzt als jene von industriellen Gasrohren. Folglich kennt man eine Vielzahl unterschiedlicher Gewindearten, die anhand grundlegender geometrischer und funktionaler Merkmale unterschieden werden:
- Verwendung: Befestigungs- und Bewegungsgewinde
Befestigungsgewinde dienen primär der sicheren Verbindung von Bauteilen. Das feste Anziehen einer Schraube oder Mutter verhindert ein Lösen der Verbindung. Typische Anwendungen sind Maschinenschrauben oder Rohrverschraubungen.
Bewegungsgewinde werden verwendet, um Drehbewegungen in lineare Bewegungen umzuwandeln. Sie finden Anwendung in Spindelantrieben, wie sie in Schraubstöcken, Wagenhebern oder CNC-Maschinen vorkommen. - Lage: Außen- und Innengewinde
Außengewinde befinden sich auf der äußeren Oberfläche eines Werkstücks, z. B. an Schrauben oder Bolzen. Innengewinde liegen in Bohrungen, wie bei Muttern oder Gewindebuchsen. - Drehsinn: Rechts- und Linksgewinde
Rechtsgewinde (RH) sind Standard in den meisten Anwendungen. Das Gewinde wird hier beim Drehen im Uhrzeigersinn (Rechtsdrehung) angezogen. Analog werden Linksgewinde (LH) nach links, gegen den Uhrzeigersinn, verschraubt. Letztere Gewindeart kommt in speziellen Fällen zum Einsatz, z. B. bei drehmomentbelasteten Verbindungen, die sich bei Rechtsdrehung lösen könnten, etwa bei Fahrradpedalen oder Gasflaschenanschlüssen. - Gangzahl: Eingängige und mehrgängige Gewinde
Bei eingängigen Gewinden verläuft eine einzelne Gewindespirale um den Kern. Sie ermöglichen eine präzise Verbindung mit einer hohen Selbsthemmung, was vor allem bei Befestigungsgewinden erwünscht ist. In mehrgängigen Gewinden verlaufen mehrere parallele Gewindespiralen gleichzeitig um den Kern. Diese Gewinde sind für Bewegungsanwendungen geeignet, da sie eine höhere Steigung und damit schnellere Bewegungen ermöglichen.
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Überblick über die gebräuchlichsten Gewindeprofile
Ein weiteres, wesentliches Unterscheidungsmerkmal von Gewinden ist ihr Profil, welches durch den Flankenwinkel, die Form der Gewindeflanken und die Steigung bestimmt wird. Der Flankenwinkel beschreibt die Neigung der Gewindeflanken und legt damit die Form des Gewindeprofils fest. Die Steigung wiederum bezeichnet den axialen Weg, den ein Gewindebolzen bei einer vollständigen Umdrehung zurücklegt.
Whitworth-Rohrgewinde (W)
Der britische Ingenieur Sir Joseph Whitworth (1803 – 1887) hatte Mitte des 19. Jahrhunderts den Einfall, unterschiedliche Gewinde anhand bestimmter Kenngrößen zu standardisieren, um dadurch einen einheitlichen Gebrauch zu ermöglichen. Die Gewindegrößen werden traditionell in englischen Zoll angegeben, Whitworth-Gewinde zählen daher zu den Zollgewinden, so wie die amerikanischen NPT („National Pipe Thread“) Rohrgewinde für selbstdichtende Verbindungen oder UNF („Unified National Fine Thread Series“) Feingewinde.
G-Gewinde (G) und R-Gewinde (R)
Bei G-Gewinden (im Englischen BSP, „British Standard Pipe“) handelt es sich um zöllige Whitworth-Rohrgewinde, standardisiert nach der Norm ISO 228-1. Sie weisen einen zylindrischen, also parallel verlaufenden Aufbau auf und sind für nicht-druckdichte Verbindungen ausgelegt, bei denen zusätzliche Dichtmittel wie Dichtungsringe, O-Ringe oder Dichtbänder verwendet werden.
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Dagegen sind R-Gewinde (im Englischen BSPT, „British Standard Pipe Tapered“) kegelige Rohrgewinde. Dank ihres konischen Profils kann durch Verschrauben eine selbstabdichtende Verbindung mit Abdichtung über die Gewindeflanken erhalten werden.
Metrisches ISO-Gewinde (M)
Das Metrische ISO-Gewinde stellt heutzutage das universelle Standardgewinde für Befestigungszwecke dar und hat einen Flankenwinkel von 60°. Es kommt in zwei Ausführungen vor: als Regelgewinde, auch Normalgewinde genannt, und als Feingewinde. Letzteres unterscheidet sich vom Regelgewinde durch eine geringere Steigung. Das Regelgewinde ist der am häufigsten verwendete Gewindetyp. Wie Whitworth-Rohrgewinde zählen metrische ISO-Gewinde zu den Spitzgewinden, beide besitzen einen dreiecksförmigen Profilquerschnitt mit abgeflachten Übergängen.
Die Besonderheiten des Glasgewindes
Glas zeichnet sich durch eine Reihe einzigartiger Eigenschaften aus, die es zu einem der Standardwerkstoffe im chemischen Labor und Betrieb macht. Es ist chemisch resistent und reagiert kaum mit Säuren, Laugen oder Lösungsmitteln, was es für den Einsatz in aggressiven Umgebungen prädestiniert. Gleichzeitig ist es hitzebeständig und hält selbst extremen Temperaturen stand, ohne seine Form oder Stabilität zu verlieren, insbesondere, wenn es sich um Borosilikatglas handelt. Seine Transparenz ermöglicht eine visuelle Kontrolle während der Prozessführung, nach Abschluss der Arbeiten lässt es sich einfach reinigen oder sterilisieren.
Wie zweiteilige Kugel- oder Kegelschliffe nutzen auch Glasgewinde diese Vorteile, indem sie die positiven Materialeigenschaften von Glas mit der Funktionalität eines Gewindes verbinden. Ihre Fertigung erfordert dabei einen deutlich geringeren Aufwand als die von geschliffenen Bauteilen aus Glas. Sie finden besonders dort Anwendung, wo chemische Beständigkeit, Präzision und Temperaturstabilität gefordert sind. In chemischen Laboratorien kommen Glasgewinde beispielsweise zum Einsatz, um dichte Verbindungen zu schaffen, die nicht mit aggressiven Substanzen reagieren. Ebenso werden sie in Hochtemperaturanwendungen oder an Analysegeräten verwendet.
Glasgewinde (GL) zählen, anders als die meisten herkömmlichen Gewindetypen, zu den Rundgewinden, ihre Gewindeflanken besitzen gemäß der hierfür gültigen DIN 168 keine kantigen, sondern abgerundete Enden. Dies bringt bedeutende Vorteile mit sich: So lässt sich etwa die Formgebung dieses Gewindetyps durch thermisches Umformen von Glasrohren und Glaszylindern technisch einfach realisieren. Die relativ große Steigung und die breiten Flanken sorgen zudem für eine relativ hohe Trag- und Zugkraft, ein widerstandsfähigeres Gewindespiel und eine niedrigere Empfindlichkeit gegen Verschmutzungen und mechanische Beschädigungen.
Bei Glasgewinde-Adaptern erfolgt die Abdichtung durch eine integrierte Dichtung, etwa einem O-Ring oder einer Flachdichtung, die beim Zuschrauben angepresst wird. Im Gegensatz zu Schliffverbindungen benötigen solche leicht lösbaren Glasgewinde-Verbindungen daher kein Schlifffett, um dicht abzuschließen, was eine Kontamination der Apparatur ausschließt. Auch ist dank ihnen die Kombination von Baugruppen zu komplexeren Glasapparaturen leichter zu bewerkstelligen als mittels starrer, störanfälliger Kegel-Schliffverbindungen.
Daher kommen GL-Gewinde an vielen Glasgeräten und Laborbehältern zum Einsatz, etwa an Reaktionskolben, Messkolben, Rückflusskühlern, Laborflaschen aus Glas oder Glaskolonnen. Und auch im Alltag sind zahllose Gegenstände des täglichen Bedarfs mit Glasgewinden ausgestattet, beispielsweise die allseits bekannte 0,7-Liter-Mineralwasserflasche aus Glas oder verschiedenste Arzneimittel-Fläschchen.
Sollen Glasgewinde auf Gummischläuche, Kunststoffschläuche oder andere Gewindetypen adaptiert werden, bedarf es spezieller GL-Gewindeverbinder, sogenannter Glasgewindeadapter.
Glasgewindeverbinder für GL-Gewinde
Adapter für Glasgewinde schaffen Kompatibilität zwischen Glas und Komponenten aus Kunststoff oder Metall, was die Flexibilität bei der Kombination verschiedenartiger Bauteile erhöht. Gefertigt werden Glasgewindeverbinder und Glasolivenverbinder des RCT-Sortiments aus den Kunststoffen Polypropylen (PP), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Perfluoralkoxy (PFA) und dem thermoplastischen Polyester Polybutylenterephthalat (PBT).
Ihre Form ist kompatibel zum Flankenwinkel der Glasgewinde, welcher für Innengewinde 30°, für Außengewinde 60° beträgt. Allen gemein ist der Glasgewindeanschluss in verschiedenen Größen, die weitere Anschlussmöglichkeit an verschiedenste Laborperipherien variiert aber abhängig in Abhängigkeit von der Adapterausführung.
Ausführungen von GL- Gewindeverbindern
Schlauchverbinder mit loser GL-Überwurfmutter
Dieser Typ Glasgewindeadapter fungiert als Verbindungselement zwischen Laborgeräten mit GL-Gewinde und weichen, gummiartigen Schläuchen, etwa aus Silikon (VMQ) oder Chloropren-Kautschuk (CR).
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Der Schlauchverbinder mit loser GL-Überwurfmutter besitzt einerseits eine drehbare Überwurfmutter mit GL-Innengewinde und Dichtung, andererseits einen Schlauchanschluss. Gefertigt wird er aus den Werkstoffen PP, PVDF und PFA und wird sowohl für metrische als auch für zöllige Schlauchabmessungen angeboten. Somit können Elastomerschläuche mit einem Innendurchmesser von 4,0 mm bis 10,0 mm beziehungsweise 1/8“ bis 3/8“ angeschlossen und bis zu einem Druck von 6 bar betrieben werden.
Rohrverbinder mit loser GL-Überwurfmutter
Das Pendant zum Schlauchverbinder ist der Rohrverbinder für harte Kunststoffschläuche und Rohre mit Außendurchmessern von 1,6 mm bis 6,4 mm, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE). Er wird ebenfalls aus PP, PVDF sowie PFA gefertigt und ist einseitig mit einer Überwurfmutter und Dichtung für den Anschluss an GL-Außengewinde ausgestattet. Andererseits liegt eine Rohrverschraubung vor – bestehend aus Dichtkegel, Druckscheibe, O-Ring und Überwurfmutter – mit der harte Kunststoffschläuche, wie PTFE-Schläuche oder PE-Schläuche, adaptiert werden können.
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Gewindeadapter mit loser GL-Überwurfmutter
Mit Hilfe dieser Glasgewinde-Adapter können GL-Außengewinde auf die geläufigeren G-Gewinde adaptiert werden. Anstelle einer Anschlussmöglichkeit für Schläuche oder Rohre liegt ein G-Außengewinde vor, wahlweise G 1/8", G 1/4", G 3/8" oder G 1/2". Mit Hilfe von Gewindemuffen aus PVDF oder Gewindemuffen aus PP kann ein Innengewinde-Anschluss realisiert werden.
Glasgewinde-Adapter und Glasoliven-Adapter aus PBT
Jeweils aus glasfaserverstärktem PBT gefertigt werden die zweiteiligen Gewindeverbinder für Glasgewinde und Glasoliven. Sie sind mit einer Schlauchtülle ausgerüstet, welche das Adaptieren weicher Elastomerschläuche mit Innendurchmessern von 4,5 mm oder 9,0 mm ermöglicht. Sie sind autoklavierbar und können sowohl an GL-Gewinde als auch – dank eines zusätzlichen Klemmrings – an Glasoliven angeschlossen werden, zudem ermöglichen sie die Verbindung mit Normag (RD 14)- sowie Corning (SQ 13)-Gewinden.
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