Gewindemuffen Technik

Whitworth-Rohrgewinde

Das Whitworth-Rohrgewinde, benannt nach Sir Joseph Whitworth, auch bezeichnet als British Standard Pipe Thread(BSP), ist ursprünglich eine britische Gewindeform für Rohrverschraubungen, welche bei Rohrinstallationen in Europa gebräuchlich ist. Whitworth-Rohrgewinde werden in Zoll angegeben.
Die Whitworthgewinde haben eine steilere und längere  Flanke im Vergleich zu den metrischen Gewinde:
Der Flankenwinkel misst 55°, gegenüber 60° bei metrischen Gewinden (siehe Skizze unten).
Beim Whitworth-Rohrgewinde wird zwischen dem konischen (auch kegeligen) Außengewinde und dem zylindrischen Innengewinde unterschieden.
Diese Gewindearten werden als metallisch dichtend bezeichnet

Whitworth-Rohrgewinde nach DIN EN 10226-1 (alt DIN 2999), DIN ISO 7/1
Für das Innengewinde steht die Bezeichnung  Rp, für das Außengewinde die Bezeichnung R  jeweils vor der Größenangebe.
Diese Gewinde werden als „metallisch dichtend“ bezeichnet. Grund ist, dass der Nenndurchmesser des zylindrischen Innengewindes nach einigen Umdrehungen dem des konischen Gegengewindes entspricht. Bei einem weiteren Anziehen verklemmt sich das Gewinde ineinander und wirkt so metallisch dichtend. Üblicherweise werden die Außengewinde R vor dem Verschrauben zusätzlich mit Teflonband oder besser mit Hanf versehen, um die verbleibenden Spalte zu füllen. Dabei weist Hanf den Vorteil auf, bei Flüssigkeitskontakt zu quellen und somit sicherer zu dichten.



Gewindearten:

Whitworth-Rohrgewinde, zylindrisch nach DIN ISO 228-1

Die Größenangabe beginnt mit der Bezeichnung G. und sind identisch mit dem Rp-Gewinde
Das G-Gewinde ist nicht selbst dichtend.
Ein zylindrisches G-Innengewinde kann allerdings mit einem kegeligen R-Außengewinde dichtend verschraubt werden.
Man muß darauf achten, dass das zylindrische Innengewinde nach DIN ISO 228-1 nur positive Maße hat, während das
Rohrgewinde nach DIN 10226-1 positive und negative Toleranten aufweist. Somit läßt sich das R-Außengewinde
in das G-Innengewinde etwas tiefer eindrehen.

Whitworth-Rohrgewinde, zylindrisch nach DIN ISO 228-1

Die Größenangabe beginnt mit der Bezeichnung G. und sind identisch mit dem Rp-Gewinde
Das G-Gewinde ist nicht selbst dichtend.
Ein zylindrisches G-Innengewinde kann allerdings mit einem kegeligen R-Außengewinde dichtend verschraubt werden.
Man muß darauf achten, dass das zylindrische Innengewinde nach DIN ISO 228-1 nur positive Maße hat, während das
Rohrgewinde nach DIN 10226-1 positive und negative Toleranten aufweist. Somit läßt sich das R-Außengewinde
in das G-Innengewinde etwas tiefer eindrehen.

NPT- Gewinde National Pipe Thread

Das NPT-Rohrgewinde nach ASME/ANSI B1.20.1 ist eine Nordamerikanische Gewindenorm für sich selbstdichtende
Rohrverschraubungen
. Die Dichtung wird dadurch erreicht, dass die Gewinde kegelig angeordnet werden. Beim Zusammenschrauben konventioneller Rohrgewinde wird oft zusätzlich ein Dichtmittel, z.B. Teflonband oder Hanf, zwischen die Gewinde gelegt. Im Gegensatz dazu benötigt das National Pipe Thread - Dryseal Form, NPTF-Rohrgewinde, nach ASME/ANSI B1.20.3 kein Dichtmittel.
Gegenüber dem Whitworth-Rohrgewinde, auch British Standard Pipe (BSP), sind die Durchmesser, Gangzahl als auch Kegelwinkel leicht unterschiedlich, so dass beide Gewinde nicht miteinander verschraubbar sind.

Rohrgewinde

In der Gas- und Wasserinstallationstechnik werden üblicherweise im Folgenden beschriebene Rohrgewinde verwendet. 
Die Kenngröße wird in Zoll angegeben. Zu Maßangabe wird aber der Rohrinnendurchmesser verwendet.
Deswegen hat z.B. ein Rohrgewinde 1″ nicht einen Außendurchmesser von 25,4 mm, sondern über 32,89 - 33,25 mm. 
Demzufolge hat ein Standardrohr mit diesem Gewinde einen 1″ Innendurchmesser. 
Hochdruckrohre können ebenfalls ein 1″ Rohrgewinde aufweisen, bedingt durch die größere Wandstärke ist der
Innendurchmesser dann allerdings kleiner.
In Europa ist das Whitworth-Rohrgewinde gebräuchlich. Es wird auch mit BSP (British Standard Pipe Thread) abgekürzt.
Die Gewinde werden unterschieden nach: nicht im Gewinde dichtende Rohrgewinde G  (DIN ISO 228-1) und denen
im Gewinde dichtende Rohrgewinde Rp (DIN EN 10226-1).
Am gebräuchlichsten sind in der Installationstechnik die im Gewinde dichtende Rohrgewinde.
Auf dem amerikanischen Kontinent ist hingegen das US-amerikanische NPT (National Pipe Thread) gebräuchlich. Die
Maßangabe beinhaltet bei NPT-Gewinden die Anzahl der Gewindegänge auf einem Zoll.
Wegen der unterschiedlichen Gangzahl je Zoll und geringfügigen Unterschiede im Durchmesser sind Whitworth-Rohrgewinde/ BSP- Rohrgewinde und NPT-Gewinde untereinander nicht vollständig verschraubbar.
Erkennbar wird dies, wenn sich das Gewinde gar nicht oder nur um wenige Umdrehungen einschrauben lässt.

Folgende Bezeichnungen sind beispielsweise gebräuchlich:

Rohrgewinde DIN EN 10226-1 (DIN 2999)  = R½ 
für ein kegeliges Whitworth-Rohraußengewinde

Rohrgewinde DIN EN 10226-1 (DIN 2999)  = Rp½ 
für ein zylindrisches Whitworth-Rohrinnengewinde 

Rohrgewinde DIN ISO 228-1  = G ½“
für ein zylindrisches Innengewinde



Gewinde-Tabelle

DIN ISO
228-1
DIN EN 10226-1
Außen
gewinde
DIN EN 10226-1
Innen
gewinde
Gänge
je Inch
Außen-
Durch
messer
in mm
Kernloch-
Durch
messer
in mm
Flanken-
Durch-
messer
in mm
Steigung Gewinde-
tiefe
Abstand der
Bezugsebene
in mm
G 1/16 R 1/16 Rp 1/16 28 7,72 6,56 7,14 0,91 0,58 4,0
G 1/8 R 1/8 Rp 1/8 28 9,73 8,57 9,15 0,91 0,58 4,0
G 1/4 R 1/4 Rp 1/4 19 13,16 11,45 12,30 1,34 0,86 6,0
G 3/8 R 3/8 Rp 3/8 19 16,66 14,95 15,81 1,34 0,86 6,4
G 1/2 R 1/2 Rp 1/2 14 20,96 18,63 19,79 1,81 1,16 8,2
G 3/4 R 3/4 Rp 3/4 14 26,44 24,12 25,28 1,81 1,16 9,5
G 1 R 1 Rp 1 11 33,25 30,29 31,77 2,31 1,48 10,4
G 1 1/4 R 1 1/4 Rp 1 1/4 11 41,91 38,95 40,43 2,31 1,48 12,7
G 1 1/2 R 1 1/2 Rp 1 1/2 11 47,80 44,85 46,32 2,31 1,48 12,7
G 2 R 2 Rp 2 11 59,61 56,66 58,14 2,31 1,48 15,9
G 2 1/2 R 2 1/2 Rp 2 1/2 11 75,18 72,23 73,71 2,31 1,48 17,5
G 3 R 3 Rp 3 11 87,88 84,93 86,41 2,31 1,48 20,6
G 4 R 4 Rp 4 11 113,03 110,07 111,55 2,31 1,48 25,4
G 5 R 5 Rp 5 11 138,43 135,37 136,95 2,31 1,48 28,6
G 6 R 6 Rp 6 11 163,83 160,87 162,35 2,31 1,48 28,6

Gewinde-Kenngrößen

Nenndurchmesser = Außendurchmesser in Zoll

Flankendurchmesser
Der Flankendurchmesser ist ein theoretisches Maß, das ungefähr in der Mitte zwischen Nenndurchmesser und Kerndurchmesser liegt. 
Bei der Herstellung von Gewinden wird der Flankendurchmesser mittels Messbolzen oder mittels spezieller Meßschrauben gemessen.


Kerndurchmesser 
oder auch Gewindegrund, also der tiefste Punkt des Gewindes zum gegenüberliegenden tiefsten Punkt des Gewindes.
Er ergibt den Kerndurchmesser, also den kleinsten auftretenden Durchmesser am Gewinde.

Wanddicken
Ein Außengewinde darf nur auf nahtloses und geschweißtes mittelschweres und schweres Gewinderohre
(DIN EN 10255 alt: DIN 2440 / 2441) geschnitten werden. Hier sind die Wanddicken ausreichend.


Steigung 
Bei metrischen Gewinden der Weg, der durch eine Umdrehung zurückgelegt wird, also der Abstand zwischen zwei Gewindespitzen in mm. 
Bei Zoll-Gewinden dagegen bezeichnet der Wert der Steigung die Anzahl an Gewindegängen auf der Strecke 1 Zoll.


Steigungswinkel 
Den Steigungswinkel erhält man, indem man den Arcustangens von Steigung / (Flankendurchmesser * PI) berechnet. 
Beim ISO-Norm-Gewinde beträgt dieser Winkel für M6 etwa 3° und für M20 etwa 2°.


Teilung 
Die Teilung ist bei mehrgängigen Gewinden der Abstand zwischen zwei Gewindekerben. Die Teilung ist im Regelfall die Steigung geteilt durch die Gangzahl. Beispiel: Die Bezeichnung Tr 60 P20 bedeutet Trapezgewinde mit 60 mm Durchmesser und 60/20 = 3 Gängen sowie einem Abstand von 20 mm von Gang zu Gang. 
Bei eingängigen Gewinden ist die Teilung = Steigung.

Gewindeflanke
Die Gewindeflanke ergibt sich durch verlängern der Linie vom Gewindegrund bis zu Gewindespitze
oder bis zum Abschluss der Profil-Mittellinie.

Flankenwinkel
Ist der Winkel von Gewindeflanke zu Gewindeflanke


Abstand der Gewindeflanken 
bei einem Steilgewinde beispielsweise hat das Gewinde eine größere Steigung. Sie werden verwendet, um mit einer Umdrehung eine relativ weite Bewegung zu erzeugen.


Normalgewinde = Regelgewinde
Feingewinde (z. B. M6 X 0,5 mm) sind Gewinde mit geringer Steigung. Sie finden Verwendung z.B. an Stellschrauben
von Messgeräten. Der geringe Vorschub pro Umdrehung erlaubt präzise Einstellungen.

 

Gewinde-Verbindungen

Eine ordnungsgemäße Gewindeverbindung wird durch z.B. einem Gewinde nach EN 10226-1:2004-10 in der Paarung
R und Rp erreicht. Mit R wird das konische Außengewinde (Kegel 1:16) bezeichnet und mit Rp das parallele Innengewinde.

Dieses Gewinde ist auch in ISO 7/1 genormt.

Eine erste Dichtwirkung wird praktisch schon dadurch erzielt, dass sich die Gewindeflanken des konischen Außen- und des parallelen Innengewindes durch die unterschiedlichen Fertigungstoleranzen nach ein paar Umdrehungen berühren, verschließen und eine metallische Dichtung herstellen.
Zum Ausgleich von Oberflächenrauigkeiten sowie zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen (Flankenwinkel, Steigung) wird ein zusätzliches Dichtmittel verwendet:



Dichtungshanf

Hanfrolle

Dichtungshanf (auch Werg) ist ein Abdichtmittel für Gewinde, das aus Hanf besteht. Es wird als Dichtungsmittel in Kombination mit einem meist pastösen Dichtungsmittel bei der Wasser- und Gasinstallation eingesetzt.

Vorteile
Quillt bei Kontakt mit Wasser auf, wodurch leichte Bewegung in der Dichtungsfuge ebenso wie die ungenaue Passung der konischen Verschraubung von Installationsrohren aus Stahl kompensiert werden können. Eine Verschraubung kann in der Regel eine Viertel-Umdrehung weit geöffnet werden, ohne dass die Verbindung undicht wird.

  • Die Temperaturbeständigkeit wird mit 140 - 160 °C angegeben. Bei höheren Temperaturen kann Hanf verzundern. Gelegentlich wird Hanf auch bei höheren Temperaturen erfolgreich eingesetzt

Nachteile
Die Verarbeitung ist etwas aufwendiger als bei Dichtband. Das Gewinde sollte vor dem Auftrag des Hanfs
aufgeraut werden, damit die Hanflage gut haftet und beim Zusammenschrauben nicht verrutscht.

  • Installateure nutzen dafür oft das Sägeblatt einer Handbügelsäge und ziehen dessen Zähne an verschiedenen Seiten des Rohres in Längsrichtung über das Gewinde.
  • Das Gewinde sollte mehrfach dünn mit Hanffasern umwickelt werden. Anschließend können die Fasern noch mithilfe einer Drahtbürste fest in das Gewinde gestrichen werden.
  • Niemals Fermit auf das Hanf auftragen und über Nacht liegen lassen und verarbeiten. Der Hanf quillt auf und die Dichtstelle ist undicht.



Gewindedichtungsband

Teflonband

Dichtungsband (auch: Teflonband, Fluflex oder PTFE-Band) ist ein moderneres Gewindedichtmaterial.
Im Gegensatz zu Dichtungshanf und Bleiwolle wird es ohne zusätzliche Hilfsmittel von der Rolle verarbeitet.
Das Dichtungsband ist in verschiedenen Varianten erhältlich, zum Beispiel mit oder ohne Zulassung
für Gasinstallation, Hochtemperaturfest und mehr.

Vorteile
Chemisch weitgehend beständig, kann daher mit so gut wie allen Medien verwendet werden.

  • Druckbeständig bis 20, teilweise sogar bis 30 bar.
  • Temperaturbereich -60 °C bis +240, teilweise bis 260 °C
  • Das Gewinde braucht nicht aufgeraut zu werden, da sich das dünne Teflonband in der Regel beim Zusammenschrauben nicht verschiebt.

Nachteile
Quillt nicht und dichtet nicht elastisch, so dass eine Gewindeverschraubung nicht mehr zurückgedreht werden kann, ohne eine Undichtigkeit zu riskieren.

  • Bei höheren Temperaturen, die beispielsweise in der Solarinstallation vorkommen, können ebenfalls Undichtigkeiten auftreten.
  • Dichtet nur bei engen und gleichmäßigen Spalten zuverlässig. Sollen breitere Spalten überbrückt werden, müsste das Band in mehreren Schichten übereinander gewickelt werden. Dann besteht jedoch die Gefahr, dass es sich beim Zusammenschrauben verschiebt, da es wenig Reibungswiderstand entwickelt. Durch die Verwendung von Teflonfaden anstelle von Teflonband kann  das Material möglicherweise in einer etwas größeren Schichtdicke aufgebracht werden.
  • Einige Hersteller von Rohrsystemen aus rostfreiem Stahl raten von der Anwendung ab, da die Befürchtung besteht,
    Gewindedichtband könnte Chlorid-Ionen abgeben, die unter ungünstigen Bedingungen den Stahl angreifen.


Nennweite

Als Nennweite bezeichnet man den Durchmesser eines Rohres/ Schlauchleitung oder die Größe/ Anschlußmaß einer Armatur. Zusammen mit der Nenndruckstufe werden durch die Angabe der Nennweite sämtliche Abmessungen einer Rohrleitung z. B. Flanschabmessungen festgelegt.
Zu beachten ist, dass mit steigender Druckstufe die Wandstärken nach innen wachsen. Das bedeutet, dass der effektive zur Förderung verfügbare Querschnitt abnimmt. Grund: Der Außendurchmesser bestimmt bei verschraubten Rohren das Gewinde, und es können für alle Druckstufen die gleichen Rohrhalterungen benutzt werden. Nur bei sehr dickwandigen Rohren für sehr hohe Drücke wachsen die Außendurchmesser. 

Dasselbe gilt für Leitungen aus glasfaserverstärktem Kunststoff (meistens Kunstharz): 
Diese werden um einen Dorn oder ein Kunstoffrohr ("Inliner") gewickelt, deshalb muss hier die Wandstärke nach
außen wachsen.
Die Angabe der Nennweite erfolgt nach DIN EN ISO 6708 durch die Bezeichnung DN (engl. Diameter Nominal), gefolgt von einer ungefähr dem Innendurchmesser in Millimeter entsprechenden dimensionslosen Zahl. 
So bezeichnet beispielsweise ein DN 50 Rohr nach DIN 2440 (mittelschwere Gewinderohre), ein Rohr mit dem Außendurchmesser von 60,3 mm und einer Wandstärke von 3,65 mm (Innendurchmesser somit 53 mm).
Nach ANSI wird die Nennweite in "NPS" (Nominal Pipe Size) Rohr in Zoll angegeben. 
Ein Rohr von NPS 2" entspricht in etwa der Nennweite DN 50.


Gewinderohr DIN 2440 (mittelschwer)

Nennweite (DN) Rohrgewinde R+ Nennweite (Zoll) Außendurchmesser da (mm) Wanddicke s (mm) Innendurchmesser di (mm) Inhalte (l/m)
10 1/4" 13,5 2,35 8,8 0,06
12 3/8" 17,2 2,35 12,5 0,12
15 1/2" 21,3 2,65 16,0 0,20
20 3/4" 26,9 2,65 21,6 0,35
25 1" 33,7 3,25 27,2 0,58
32 1 1/4 42,4 3,25 35,9 1,01
40 1 1/2 48,3 3,25 41,8 1,37
50 2" 60,3 3,65 53,0 2,21
65 2 1/2" 76,1 3,65 68,8 3,72
80 3" 88,9 4,05 80,8 5,13
100 4" 114,3 4,50 105,3 8,71
125 5" 139,7 4,85 130,0 13,27

Die Nennweiten bei Gewinderohren werden fast immer in Zoll angegeben.