Metrisch oder Zoll? Die Steigung trennt #10-32 nicht von M5

Zwei Regeln, die einander widersprechen

Die erste Regel sagt, der Durchmesser verrate es: Eine Zollschraube landet auf einem krummen Millimeterwert, 6,35 mm sind also ein Viertelzoll und 6,00 mm sind M6. Die zweite sagt, der Durchmesser sei unzuverlässig, weil Toleranz und Beschichtung ihn verschieben; man solle stattdessen die Steigung messen.

Beide Ratschläge sind verbreitet, und meist werden sie gegeben, als wären es allgemeine Regeln. Das sind sie nicht. Welche Messung zwei Kandidaten trennen kann, hängt ganz davon ab, welche zwei Kandidaten man in der Hand hat, und es gibt mindestens ein häufiges Paar, bei dem die populäre Regel schlicht nutzlos ist.

Die vier Paare, die tatsächlich verwechselt werden

Die Außendurchmesser der nummerierten Zollgrößen folgen einer einfachen Formel — der Außendurchmesser beträgt 0,060 in plus 0,013 in pro Nummer, eine #10 hat also 0,190 in —, und die Steigung ist der Kehrwert der Gangzahl pro Zoll. Stellt man die vier häufigen Beinahe-Treffer in Millimetern nebeneinander:

Lesen Sie die dritte und vierte Zeile zusammen. Sie betreffen dieselben zwei Nenngrößen, und sie kehren um, welchem Instrument man trauen kann. Deshalb überlebt keine der beiden Faustregeln als allgemeine Regel.

#10-32 und M5×0,8: ein Steigungsunterschied von 0,006 mm

32 Gänge pro Zoll ergeben eine Steigung von 25,4 ÷ 32 = 0,79375 mm. Das metrische Regelgewinde M5 hat 0,8 mm Steigung. Der Unterschied beträgt 0,00625 mm pro Gang.

Die ehrliche Aussage ist also enger als „die Steigung lässt sich nicht messen“: Ein gewöhnlicher Messschieber oder eine kurze Gewindeschablone wird dieses Paar kaum entscheiden. Eine längere Messstrecke hilft durchaus — der Fehler an den Endpunkten bleibt ungefähr konstant, während die Strecke wächst, also verbessert eine Messung über mehr Gänge das Verhältnis tatsächlich. Es ist das Instrument, nicht die Physik, das an seine Grenze kommt.

Warum „sie lässt sich eindrehen“ kein Beweis ist

Der erste Impuls ist, es in der Bohrung zu probieren. Das ist der irreführendste verfügbare Test, aber nicht aus dem erwarteten Grund. Eine #10-32-Schraube in einer M5-Mutter beginnt locker, nicht stramm. Die Flankendurchmesser liegen bei 4,211–4,287 mm gegenüber 4,480–4,605 mm bei einer M5-6H-Mutter; es bleiben also zwischen 0,19 und 0,39 mm Spiel im Durchmesser. Sie geht hinein und fühlt sich in die falsche Richtung falsch an — schlabbrig statt schwergängig.

Verlässlich klemmen tut sie auch nicht. Behandelt man die 0,00625 mm pro Gang als äquivalente Durchmesserüberdeckung von etwa dem 1,732-Fachen des Summensteigungsfehlers, braucht das Klemmen ungefähr 16 bis 36 eingreifende Gänge. Eine gewöhnliche M5-Mutter bietet etwa 3 bis 9. Eine nicht passende Schraube kann deshalb eine kurze Mutter glatt durchlaufen, ohne überhaupt zu klemmen, und genau deshalb ist der Test tückisch: Er kann Erfolg melden. In tiefen Gewindebohrungen klemmt sie.

Ob etwas beschädigt wird und auf welcher Seite, hängt von der Paarung ab. Eine gehärtete Stahlschraube in einem Aluminium- oder Kunststoffdom gefährdet das Innengewinde; eine weiche Schraube in einer harten Mutter kann ihr eigenes verlieren. Ohne Gewalt entsteht möglicherweise gar kein bleibender Schaden. Was der Test nie liefert, ist eine eindeutige Antwort.

Aus demselben Grund ist eine Gewindelehre ihr Geld wert: Sie beantwortet die Frage, ohne das Teil zu belasten. Siehe auch: wie man eine Spezifikation liest, wenn man weiß, zu welchem System sie gehört.

Und der Durchmesser rettet es auch nicht

Wenn die Steigung dieses Paar nicht entscheidet, liegt es nahe, sich auf den Unterschied von 0,174 mm im Durchmesser zu stützen. Diese Zahl ist der Abstand zwischen zwei Nenngrößen, und Nenngrößen sind nicht das, was man misst.

Der Flankendurchmesser ist die Messung, die sie trennt, im ungünstigsten Fall um 0,074 mm. Das ist eine Aufgabe für eine Gewindemessschraube oder eine Dreidrahtmessung, nicht für einen Messschieber. Ein Profilprojektor oder ein Werkzeugmikroskop liest die Steigung direkt ab und entscheidet ebenfalls.

Es gibt einen Grund, warum eine Gut-/Ausschusslehre die sauberste Antwort von allen ist, und es ist derselbe Grund, warum die Steigung keine eigene Toleranzspalte hat: Eine Steigungsabweichung wird über ihre Wirkung auf den wirksamen Durchmesser begrenzt, und genau den liest eine Gutlehre mit vollem Profil. Die 0,00625 mm pro Gang verschwinden nicht — sie tauchen als Durchmesser wieder auf, wo eine Lehre sie erfassen kann. Siehe warum die Toleranztabelle keine Spalte für die Steigung hat.

Eine Korrektur an einer verbreiteten Intuition, auch an der, die dieser Artikel früher abgedruckt hat: Beschichtung und Toleranz schließen die Lücke nicht beide. Zink fügt dem Außendurchmesser etwa 0,010–0,024 mm hinzu, was eine beschichtete #10 nach oben und in Richtung M5 schiebt. Die Toleranz eines Außengewindes läuft aber bei beiden Gewinden vom Grundmaß nach unten, eine #10 im unteren Teil ihres Feldes entfernt sich also von M5, statt sich ihr zu nähern. Die Effekte wirken in verschiedene Richtungen, und beschichtete Teile werden ohnehin vor der Beschichtung bemaßt — siehe warum die Toleranz Platz für die Beschichtung freihalten muss.

Was man also tatsächlich tut

Das praktikable Vorgehen ist keine einzelne Messung, sondern eine Reihenfolge:

1. Zuerst den Außendurchmesser messen und daraus eine Vorauswahl bilden, keine Antwort. Er schließt die meisten Kandidaten billig aus.
2. Dann die Steigung über zehn Gänge messen — über zehn, weil sich Ihr Ablesefehler durch zehn teilt, während die gemessene Größe sich verzehnfacht.
3. Prüfen, ob ein Messschieber die verbliebenen Kandidaten überhaupt trennen kann. Diesen Schritt überspringen alle. Bei #10-32 gegen M5×0,8 kann er es nicht: Die Steigungen liegen 0,006 mm auseinander, die Felder des Außendurchmessers nähern sich bis auf 0,023 mm.
4. Wenn nicht, das Instrument wechseln, statt sich mehr Mühe zu geben. Die Flankendurchmesser bleiben 0,074 mm auseinander; eine Gewindemessschraube, eine Dreidrahtmessung, ein Profilprojektor oder eine Gut-/Ausschusslehre mit angegebener Bezeichnung entscheiden es. Was nicht funktioniert, ist mehr Sorgfalt mit demselben Messschieber.

Die eigentliche Antwort liegt nicht auf dem Messtisch

Ist Schritt 4 erreicht, hört die Frage auf, eine messtechnische zu sein, und wird eine dokumentarische. Die Schraube kam von irgendwoher: aus einer Zeichnung, einer Stückliste, von einem Lieferanten, aus einer Maschine, die in einem Land mit eigener Hausnorm gebaut wurde. Diese Herkunft löst die Mehrdeutigkeit auf eine Weise, die kein Messschieber leisten kann, denn sie ist die einzige Quelle der Information, die das Teil selbst nicht mehr trägt.

Das ist das Argument dafür, die Gewindebezeichnung auf die Zeichnung zu schreiben statt einer bloßen Größe, und der Grund, warum es den Dokumentationsschritt überhaupt gibt — siehe wo die Norm aufhört und Ihre Zeichnung beginnen muss. Ein Identifizierungsproblem am Messtisch ist fast immer ein Dokumentationsfehler, der früher passiert ist, irgendwo stromaufwärts.

Dieser Beitrag gehört nicht zu nur einem der sechs Schritte. Er betrifft mehrere Schritte oder Vorgänge nach der Montage. Die zugrunde liegenden Entscheidungen stehen im englischen Beitrag Specifying a screw.

Häufige Fragen

Lässt sich eine #10-32-Schraube wirklich in eine M5-Mutter drehen?

Ja, und sie beginnt locker statt stramm — der Flankendurchmesser einer #10-32 UNF-2A beträgt 4,211 bis 4,287 mm gegenüber 4,480 bis 4,605 mm bei einer M5-6H-Mutter, es bleiben also 0,19 bis 0,39 mm Spiel im Durchmesser. Verlässlich klemmen tut sie auch nicht: Die 0,00625 mm pro Gang brauchen ungefähr 16 bis 36 eingreifende Gänge, um zu überdecken, und eine gewöhnliche M5-Mutter bietet etwa 3 bis 9; die Schraube kann also glatt durchlaufen, ohne zu klemmen. In tiefen Gewindebohrungen klemmt sie. Ob etwas beschädigt wird und welches Gewinde zuerst nachgibt, hängt von der relativen Härte der beiden Teile ab.

Kann ein Messschieber 0,174 mm tatsächlich auflösen?

Anzeigen kann er sie — 0,174 mm liegen deutlich über den 0,01 mm, die ein digitaler Messschieber anzeigt. Das Problem: 0,174 mm sind der Abstand zwischen zwei Nenngrößen, und reale Teile liegen in Toleranzfeldern. M5x0,8-6g reicht von 4,826 bis 4,976 mm und #10-32 UNF-2A von 4,651 bis 4,803 mm, das engste zulässige Paar liegt also 0,023 mm auseinander. Das ist keine Entscheidung für den Messschieber. Die Flankendurchmesser liegen weiterhin 0,074 mm auseinander; deshalb greift man zur Gewindemessschraube statt zu einer sorgfältigeren Messschieberablesung.

Warum die Steigung über zehn Gänge messen statt über einen?

Weil der Fehler beim Ansetzen der Messschenkel ungefähr konstant ist, egal über wie viele Gänge man misst, während die gemessene Strecke proportional wächst. Eine Messung über zehn Gänge teilt den Ablesefehler pro Gang durch zehn, während das Signal sich verzehnfacht; das Verhältnis verbessert sich also tatsächlich — und es verbessert sich mit der Länge weiter. Begrenzt wird es nicht durch diese Verbesserung, sondern durch systematische Fehler: den im Teil selbst zulässigen Summensteigungsfehler, der bei einer #10-32 der Klasse UNF-2A in derselben Größenordnung liegt wie der gesuchte Unterschied.

Entscheidet eine Gewindelehre die Frage?

Eine Gewindeschablone entscheidet jedes Paar in der Tabelle außer #10-32 gegen M5x0,8. Eine Handschablone ist ein Vergleichswerkzeug ohne einzelne veröffentlichte Passungstoleranz; ehrlich gesagt ist ein kurzes Blatt gegenüber einem Unterschied von 0,00625 mm pro Gang wahrscheinlich nicht schlüssig, aber nicht nachweislich untauglich — über zehn Gänge können sich die 0,0625 mm bei gutem Licht und ausreichender Anlagelänge als feiner Lichtspalt zeigen. Für eine Entscheidung, die sich dokumentieren lässt, verwenden Sie eine Gut-/Ausschuss-Gewindelehre mit angegebener Bezeichnung, die das ganze Profil prüft statt eines einzelnen Maßes.

Quellen

• ASME B1.1 — Unified Inch Screw Threads (UN, UNR and UNJ Thread Form)
• ISO 261 — ISO general purpose metric screw threads: General plan
• ISO 965-1:2026 — ISO general purpose metric screw threads — Tolerances — Part 1

Nenndurchmesser und Steigungen sind aus den Definitionen dieser Normen berechnet: Außendurchmesser der nummerierten Zollgrößen = 0,060 in + 0,013 in pro Nummer, Steigung = 25,4 mm geteilt durch die Gangzahl pro Zoll, metrische Regelsteigungen nach ISO 261. Die angegebenen Toleranzfelder für M5x0,8-6g, M5-6H und #10-32 UNF-2A sind die veröffentlichten Grenzmaße dieser Klassen; die Abschätzung des Klemmens behandelt den Summensteigungsfehler als äquivalente Durchmesserüberdeckung vom 1,732-Fachen dieses Fehlers.