Die leere Passungsklasse bekam ihre Zahlen – und ein Rezept gegen Festfressen

Das Dokument ist der Report of the National Screw Thread Commission, Überarbeitung 1928, genehmigt am 22. Juni 1928 und 1929 gedruckt als Miscellaneous Publications des Bureau of Standards Nr. 89. Sein eigenes Vorwort nennt es den dritten Bericht, eine Überarbeitung des Berichts von 1924; die Reihenfolge lautet also Fortschrittsbericht 1921, Bericht 1924, Überarbeitung 1928. Es ist eine Veröffentlichung der Regierung der Vereinigten Staaten, und der vollständige Scan liegt im Internet Archive.

Eine Änderung in diesem Vorwort verdient es, eigens festgehalten zu werden. Die Bezeichnung der von der Kommission erlassenen Normen wurde von National in American National geändert. Daher stammt das Präfix, und es ist datiert.

Woher die Zahlen kamen

Der Anhang sagt, woher er sie hat, und die Antwort ist jedem vertraut, der die anderen Dokumente auf dieser Website gelesen hat. Die vorläufigen Spezifikationen beruhen teils auf Versuchsdaten aus einer Untersuchung des Bureau of Standards und teils auf Daten von Herstellern über die bestehende Praxis.

Halb Versuch, halb Erhebung dessen, was die Werkstätten ohnehin taten. Whitworth mittelte 1841 die englischen Werkstätten, der Ausschuss in Philadelphia nahm 1864 das, was er einen fairen Durchschnitt der gebräuchlichen Proportionen nannte, und die Kommission von 1920 bemaß ihre Toleranzen nach den bereits im Handel erhältlichen Gewindebohrern. Das Werkzeug ändert sich nicht; hier wird es nur mit einem Labor kombiniert.

Und fertig ist es immer noch nicht. Die Spezifikationen sind nur für Stiftschrauben vollständig, die in harte Werkstoffe gesetzt werden, genannt werden Gusseisen, Stahl und Bronze, und für Stiftschrauben in Aluminium nicht vollständig, bei denen eine größere Metallüberdeckung zulässig ist.

Was aus der Klasse wurde

Die Definition ist von der Hand am Schraubenschlüssel zur Maschine gewandert: Stiftschrauben und Gewindelöcher, die maschinell dauerhaft montiert werden. Und das Gewindeprofil selbst wird für die Klasse verändert. Verwendet wird das American-National-Profil, doch beim Gewindeloch ist die Spitze stärker abgeflacht als üblich, sodass die kleinste Gewindetragtiefe die Hälfte der Grundgewindetiefe beträgt.

Zwei Zahlen, die man kennen sollte

Die erste betrifft die Länge der Verbindung. Toleranzen und Abmaße beruhen auf einer Einschraublänge vom Anderthalbfachen des Grund-Außendurchmessers bei Stiftschrauben in harten Werkstoffen und vom Doppelten bei weichen Werkstoffen. Und der Grund für die längere wird genannt: zwei Durchmesser sind besonders wünschenswert für Stiftschrauben in weichen Werkstoffen, wenn sie Wechselbeanspruchungen oder Vibration ausgesetzt sind.

Die zweite ist die, die man sich merken sollte, denn sie ist eine Konstruktionsentscheidung über die Wartung. Die kleinsten Überdeckungen sind so festgelegt, dass in allen Fällen ein schlüsselfester Sitz entsteht und dass sie, sofern die Gewindeoberflächen glatt sind und die Gewindeform erhalten bleibt, ein Aus- und Wiedereinbauen derselben Stiftschraube in dasselbe Loch bis zu viermal erlauben und dabei noch einen zufriedenstellenden schlüsselfesten Sitz ergeben.

Vier. Eine Übermaßpassung mit festgelegter Anzahl, wie oft man sie zerlegen darf. Keine Warnung, keine Faustregel; die Zahl, um die das Überdeckungsband gezogen wurde.

Die größten Überdeckungen sind von der anderen Seite her festgelegt. Sie sind so gewählt, dass bei gut geschmierten Gewinden kein Kaltverschweißen oder Festfressen auftritt und dass Stiftschrauben aus Baustahl, selbst in den kleineren Größen, nicht brechen, wenn die Montagegeschwindigkeit nicht übermäßig ist. Die Toleranzen des Gewindelochs entsprechen denen der Klasse 4, Feinpassung, was nach dem Anhang den Einsatz von Gewindebohrern mit geschliffenem Gewinde erfordert.

Die Paste

Das Wort, das der Anhang für das Schmiermittel verwendet, ist lute (Kitt), und er nennt zwei davon. Eine nationale Norm druckt im Jahr 1928 eine Rezeptur gegen Festfressen, nach Mengenanteilen und Siebgröße.

Beides wird als historischer Text zitiert, und keines ist eine Empfehlung. Bleiweiß ist eine Bleiverbindung, und diese Website rät nicht zu seiner Verwendung. Übertragenswert ist die Struktur der Überlegung, nicht die Chemie: Das Überdeckungsband wurde unter der Annahme gezogen, dass ein Schmiermittel vorhanden sein würde, und die Norm nennt, welches. Eine heutige Verbindung ist in derselben Lage; deshalb verändert Montagepaste den Drehmomentwert, statt nur die Montage zu erleichtern.

Und der andere lose Faden: die Schlüsselweite

Der Bericht von 1928 enthält auch einen Abschnitt über Schrauben und Muttern mit Schlüsselangriff sowie Schlüsselweiten von Schraubenschlüsseln, und sein erster Satz schließt die zweite Schleife. Ein Vorhaben, dem sich die Kommission früh widmete, war die Normung der Proportionen von Schrauben und Muttern, insbesondere der Schlüsselweiten, weil es wünschenswert war, die Zahl der nötigen Größen von Stangenmaterial, Gewindeschneideisen und Schraubenschlüsseln zu verringern.

Das ist das dritte Mal, dass diese Website diesen Grund in einem Primärdokument liest. Whitworth wollte 1841 ein gemeinsames Gewinde, damit ein einziger Satz Gewindeschneidzeug genügen würde. Der Ausschuss in Philadelphia hielt 1864 fest, dass die Wiederholung einer Steigung über zwei Durchmesser die Sparsamkeit bei Gewindeschneidgeräten förderte. Jetzt, 1928, kommt dasselbe Argument bei den Schraubenschlüsseln an.

Die Größen sollten alle bestehenden Normen ersetzen, die für handelsübliche Schraubenköpfe und Muttern entstanden waren, und die Zahl der Schlüsselweiten wurde verringert, indem Größen in Zweiunddreißigstel-Zoll gestrichen und wenig genutzte Größen fallen gelassen wurden. Die Norm wurde im Wesentlichen in derselben Form als Bericht Nr. B18b-1926 der American Standards Association veröffentlicht.

Der Mechanismus ist der Teil, den man behalten sollte, denn er erklärt, warum ein Schraubenschlüssel überhaupt passt:

Die Mutter kann nur kleiner als das Nennmaß sein, der Schlüssel nur größer. Deshalb geht der Schlüssel immer auf, und der Spalt wird so klein gehalten, wie es die Ecken vertragen. Zwei einseitige Toleranzbänder, die voneinander weg zeigen – eine ordentlichere Anordnung, als die meisten hinter einem Schraubenschlüssel vermuten.

Eine Folge steht auf dem Werkzeug. Schraubenschlüssel sollen mit der Grundschlüsselweite gekennzeichnet werden, also der größten Breite der Mutter. Die Zahl auf einem Schlüssel ist eine Aussage über das Verbindungselement, nicht über die eigene Öffnung des Schlüssels. Die Größt- und Kleinstwerte in der Tabelle der Kommission werden als Maße von Gut- und Ausschuss-Lehrblöcken beschrieben, die zur Prüfung von Schraubenschlüsseln dienen, und sind keine Produktmaße. Was die Zahl überhaupt festlegt, ist weiterhin eine Tabelle und keine Formel.

Was ein Leser daraus mitnehmen kann

• Eine Lücke in einer Norm kann sieben Jahre dauern und danach immer noch vorläufig sein. Die Klasse wurde 1921 definiert, bis 1928 mit Werten gefüllt und selbst dann in einem Anhang veröffentlicht: als Information, in keiner Weise verbindlich und für Aluminium unvollständig
• Übermaßpassungen können eine ausgelegte Zahl von Wiederverwendungen haben. Hier vier, unter der Bedingung, dass die Gewindeoberflächen glatt bleiben und die Form erhalten bleibt
• Das Schmiermittel war Teil der Toleranzrechnung, kein optionales Extra, und die Norm nannte die Rezeptur
• Ein Schraubenschlüssel passt, weil zwei Toleranzen voneinander weg zeigen. Mutter nur negativ, Schlüsselweite nur positiv, und die auf dem Werkzeug eingeprägte Zahl ist die größte Mutterbreite
• Der Grund für die Normung hat sich in fast einem Jahrhundert nicht geändert. Weniger Größen von Stangenmaterial, Schneideisen und Schlüsseln, niedergeschrieben 1841, 1864 und 1928

Die Gewohnheit, die man sich von allen drei Kommissionen abschauen sollte, ist die, mit der sie nie geworben haben. Wenn sie etwas nicht wussten, schrieben sie das auf, veröffentlichten die Lücke und kamen darauf zurück. Der Band von 1928 ist eine Überarbeitung, die sagt, welche Teile der vorigen falsch waren – ein selteneres Dokument als eine Norm, die einfach vollständig erscheint.

Dieser Beitrag behandelt Schritt 2: Gewinde. Die vollständige Reihenfolge lautet Grundwerkstoff, Gewinde, Kopf, Antrieb, Oberfläche und Dokumentation. Warum eine andere Reihenfolge Nacharbeit verursacht, erläutert der englische Beitrag Specifying a screw.

Häufige Fragen

Bekam die Klasse für den Schlüsselsitz jemals ihre Toleranzwerte?

Ja, mit der Überarbeitung des Berichts von 1928, die sie in Anhang 5 als Klasse 5, Schlüsselsitz für Stiftschrauben, vorläufige Spezifikationen, abdruckt. Der Fortschrittsbericht von 1921 hatte festgestellt, dass die Kommission nicht über ausreichende Informationen oder Daten verfügte, um Werte für Toleranzen und Abmaße von Schlüsselsitzen aufzunehmen. Der Anhang von 1928 sagt, dass seine Werte teils auf einer Untersuchung des Bureau of Standards und teils auf Daten von Herstellern über die bestehende Praxis beruhen.

War Klasse 5 verbindlich?

Nein. Der Anhang erklärt, dass die Spezifikationen zur Information derjenigen vorgelegt werden, die dafür Verwendung haben könnten, aber in keiner Weise verbindlich sind. Er vermerkt außerdem, dass sie nur für Stiftschrauben in harten Werkstoffen wie Gusseisen, Stahl und Bronze vollständig sind und für Stiftschrauben in Aluminium nicht, bei denen eine größere Metallüberdeckung zulässig ist.

Wie oft kann eine Stiftschraube mit Schlüsselsitz aus- und wieder eingebaut werden?

Der Anhang von 1928 sagt: viermal. Die festgelegten kleinsten Überdeckungen sind so bemessen, dass in allen Fällen ein schlüsselfester Sitz entsteht und dass sie, sofern die Gewindeoberflächen glatt sind und die Gewindeform erhalten bleibt, ein Aus- und Wiedereinbauen derselben Stiftschraube in dasselbe Loch bis zu viermal erlauben und dabei noch einen zufriedenstellenden schlüsselfesten Sitz ergeben.

Welches Schmiermittel schrieb die Norm von 1928 für Stiftschrauben mit Schlüsselsitz vor?

Sie nennt zwei und bezeichnet sie als lutes. Eine Mischung aus Bleiweiß und Öl, die dickflüssig sein und reichlich aufgetragen werden soll, besonders bei Feingewinden in harten Werkstoffen. Oder eine Paste aus 40 Prozent Zinkstaub, der ein Sieb mit 200 Maschen passiert hat, und 60 Prozent Vaseline, die die Neigung zum Kaltverschweißen oder Festfressen bei größter Überdeckung wesentlich verringert. Das sind historische Texte. Bleiweiß ist eine Bleiverbindung, und diese Seite empfiehlt keine der beiden Rezepturen.

Warum passt ein Schraubenschlüssel immer auf die Mutter?

Weil die beiden Toleranzen in entgegengesetzte Richtungen zeigen. Der Bericht von 1928 legt fest, dass die Grundschlüsselweiten von Schraubenköpfen und Muttern als Größtmaße genommen werden und ihre Toleranzen nur negativ sind, während die kleinsten Schlüsselweiten der Schlüssel ein positives Spiel zwischen größter Mutter und kleinstem Schlüssel ergeben und die Toleranzen der Schlüsselweiten nur positiv sind. Die Toleranzen sind so groß wie möglich, ohne dass der Schlüssel die Ecken verformt.

Was bedeutet die Zahl, die auf einem Schraubenschlüssel eingeprägt ist?

Sie ist die Muttergröße, nicht die Öffnung des Schlüssels. Der Bericht legt fest, dass Schraubenschlüssel mit der Grundschlüsselweite gekennzeichnet werden sollen, also der größten Breite der Mutter. Er fügt hinzu, dass die Größt- und Kleinstwerte in seiner Tabelle der Schlüsselweiten Maße von Gut- und Ausschuss-Lehrblöcken zur Prüfung von Schraubenschlüsseln sind und keine Produktmaße.

Woher stammt der Name American National für das Gewinde?

Aus dieser Überarbeitung. Das Vorwort des Berichts von 1928 hält fest, dass die Bezeichnung der von der Kommission erlassenen Gewindenormen von National in American National geändert wurde. Dasselbe Vorwort beschreibt das Dokument als den dritten Bericht, eine Überarbeitung des Berichts von 1924.

Quellen

• Report of the National Screw Thread Commission, Überarbeitung 1928, genehmigt am 22. Juni 1928, Miscellaneous Publications des Bureau of Standards Nr. 89, gedruckt 1929. Vorwort, Abschnitt VIII A über Schrauben und Muttern mit Schlüsselangriff und Schlüsselweiten sowie Anhang 5 über Klasse 5, Schlüsselsitz für Stiftschrauben
• Der Fortschrittsbericht derselben Kommission von 1921, der die Klasse definierte und ohne Werte veröffentlichte
• Der Bericht des Ausschusses des Franklin Institute von 1864, der die Schlüsselweite per Formel festlegte

Der Bericht ist eine Veröffentlichung der Regierung der Vereinigten Staaten und gemeinfrei. Gelesen wurde er aus dem Scantext des Exemplars im Internet Archive mit der Kennung reportofnational89unse, das keinen Zugangsbeschränkungen unterliegt. Die Texterkennung verfälscht Ziffern; die oben zitierten Zahlen wurden daher an Bildern der gedruckten Seiten geprüft, nämlich an den Seiten 232 und 233; der Größenbereich von einem Viertelzoll bis anderthalb Zoll wurde am Seitenbild in voller Auflösung abgelesen. Hier wird kein Wert aus irgendeiner Tabelle zitiert, auch nicht aus den Abmaß- und Toleranztabellen der Klasse 5 und der Tabelle der Schlüsselweiten. Die beiden Pastenrezepturen werden als historischer Text wiedergegeben, und keine wird empfohlen; Bleiweiß ist eine Bleiverbindung. Der Bericht von 1924 wurde nicht gelesen, und ihm wird nichts zugeschrieben. Der Band von 1925, Miscellaneous Publications Nr. 61, wurde heruntergeladen und durchsucht und enthält weder den Schlüsselsitz noch Klasse 5; daraus wird nichts übernommen. Über den Verbleib von Klasse 5 oder dieser Schlüsselweiten in späteren oder heutigen Normen wird nichts behauptet; keine davon wurde für diese Seite gelesen. Der Anhang von 1928 hält fest, dass die Flankendurchmessertoleranzen der Klasse 5 Winkelabweichungen einschließen, Steigungsabweichungen aber nicht, während die auf unserer Seite zu 1921 zitierte allgemeine Bestimmung sagt, dass Flankendurchmessertoleranzen Steigungs- und Winkelabweichungen einschließen; das sind eine allgemeine und eine klassenspezifische Regel, und diese Seite behauptet nicht, dass die eine die andere geändert hat, da die allgemeinen Bestimmungen von 1928 nicht Zeile für Zeile geprüft wurden. Die Steigung der Regelgewindereihe für die neu eingefügte Größe von 3 Zoll wird nicht zitiert, weil diese Zahl in der Textebene verfälscht ist und nicht an einem Bild geprüft wurde.