Gewindeschneider-Tabelle: Kernlochbohrung und Steigung im Überblick

Ein Innengewinde entsteht in zwei Arbeitsschritten: bohren und schneiden. Beide Schritte hängen von zwei Werten ab, dem Durchmesser des Gewindes und der Steigung. Aus diesen beiden Angaben ergibt sich das Kernloch, also der Durchmesser der Vorbohrung. Eine Gewindeschneider-Tabelle stellt die Kernlochmasse für jede gängige Gewinde-Grösse zusammen und ersetzt die Rechnung am Werkstück. Sie ist damit die Grundlage für jede Bohrung, die anschliessend ein Gewinde aufnehmen soll.

Ein um wenige Zehntel falsch gewähltes Kernloch führt zu einem der beiden typischen Schadensbilder: ein abgebrochener Gewindebohrer im Werkstück oder ein Gewinde, das unter Last ausreisst. Die genormten Masse aus der Tabelle sind daher für Handwerker wie für die maschinelle Herstellung von Gewinden die einfachste Absicherung.

Was in der Tabelle steht

Jede Zeile beschreibt eine Gewindegrösse mit vier Angaben. Der Nenndurchmesser bezeichnet den Aussendurchmesser des fertigen Gewindes, bei M10 also 10 mm. Die Steigung gibt den Abstand zwischen zwei benachbarten Gewindegängen an, gemessen in Millimeter. Bei Zollgewinden wird statt der Steigung die Anzahl der Gänge pro Zoll angegeben. Die Kernlochbohrung nennt den Bohrerdurchmesser für die Vorbohrung, und die Gewindeart ordnet die Zeile einer Norm zu. Manche Tabellen führen zusätzlich den Kerndurchmesser auf, der als theoretischer Wert aus der Norm stammt.

Der Zusammenhang zwischen den Spalten folgt einer einfachen Formel und gilt für jedes metrische ISO-Gewinde. Für metrische Gewinde gilt: Kernlochbohrung = Nenndurchmesser minus Steigung. Bei M 8 mit einer Steigung von 1,25 mm ergibt sich daraus eine Kernlochbohrung von 6,8 mm. Die Rechnung deckt alle Regelgewinde von M 1 bis M 64 ab. Bei Zoll- und Rohrgewinden führt sie zu falschen Werten, dort helfen ausschliesslich die genormten Masse aus der Tabelle.

Gewindenormen und ihre Kennzeichnung

Die gebräuchlichen Gewindenormen unterscheiden sich in Flankenwinkel, Profilform und in der Art, wie die Steigung angegeben wird. Für die Auswahl des Kernlochs ist die Zuordnung zur richtigen Norm der erste Schritt, weil identische Durchmesser in verschiedenen Systemen unterschiedliche Kernlochmasse ergeben.

Die Bezeichnung eines Gewindes folgt einem festen Aufbau. Bei M 12 x 1,5 steht M für das metrische ISO-Gewinde, die 12 für den Durchmesser in Millimeter und die 1,5 für die Steigung. Bei Zollgewinden folgt auf die Bruchangabe die Anzahl der Gewindegänge pro Zoll, etwa UNC 1/2 mit 13 Gängen. Diese Angaben stehen in jedem Katalog und auf dem Schaft des Werkzeugs, sodass sich die Zuordnung zur Tabellenzeile ohne Messen erledigen lässt.

Metrisches ISO-Gewinde nach DIN 13

Ein metrisches ISO-Gewinde mit Regelsteigung ist die am weitesten verbreitete Gewindeart im Maschinenbau und in der Metallverarbeitung. Jedem Nenndurchmesser ist genau eine Regelsteigung zugeordnet, festgelegt in DIN 13-1 und ISO 261. Die folgenden Kernlochmasse gelten für einen Traganteil von rund 100 Prozent und decken das gesamte metrische ISO-Gewinde von M 1 bis M 64 ab.

Die Spalte Kerndurchmesser zeigt den theoretischen Wert aus der Norm. Die Kernlochbohrung liegt geringfügig darüber, weil der Gewindebohrer sonst das volle Profil ausschneiden müsste und dabei überlastet würde. Für die Werkstatt reicht die Spalte mit dem Kernloch, da diese Masse den handelsüblichen Bohrerdurchmessern entsprechen. Alle Werte beziehen sich auf ein Innengewinde ohne zusätzliche Beschichtung; eine spätere Verzinkung verlangt ein geringfügig grösseres Kernloch.

Kernlochbohrung berechnen und an das Material anpassen

Die Formel Nenndurchmesser minus Steigung liefert einen Traganteil von etwa 100 Prozent. In zähen Werkstoffen führt dieser Wert zu hohen Schnittmomenten und begünstigt Werkzeugbruch. In der Praxis wird das Kernloch dort um 0,1 bis 0,2 mm grösser gebohrt, wodurch der Traganteil auf etwa 70 bis 80 Prozent sinkt. Die Haltbarkeit der Schraubverbindung ändert sich dadurch kaum, da bei einem Traganteil ab 60 Prozent in der Regel der Schraubenschaft vor dem Gewinde versagt.

·        Baustahl und Guss: Tabellenwert unverändert übernehmen

·        Edelstahl und hochlegierte Werkstoffe: Kernloch 0,1 bis 0,2 mm grösser wählen

·        Aluminium und Buntmetalle: Tabellenwert übernehmen, bei dünnen Wandungen etwas kleiner

·        Kunststoffe: Kernloch 0,1 mm kleiner, weil das Material nach dem Schneiden zurückfedert

Neben der Kernlochbohrung kommt bei Sacklöchern die Bohrtiefe hinzu. Als Anhaltswert wird die gewünschte Gewindelänge um mindestens zwei Steigungen verlängert, damit der Anschnitt des Gewindebohrers Platz findet. Ein Gewinde M10 mit 20 mm nutzbarer Tiefe braucht demnach eine Bohrung von rund 23 bis 25 mm.

Metrisches Feingewinde und seine Steigungen

Beim Feingewinde ist die Steigung kleiner als beim Regelgewinde desselben Durchmessers. Dieselbe Nenngrösse existiert im metrischen ISO-Gewinde daher in mehreren Varianten, etwa M 10 x 1,5 als Regelgewinde sowie M 10 x 1,25, M 10 x 1 und M 10 x 0,75 als Feingewinde. Die zugehörigen Kernlochmasse verschieben sich mit jeder Steigung. Die Bezeichnung nennt Durchmesser und Steigung immer gemeinsam, weil die Angabe des Durchmessers allein die Gewindegrösse nicht mehr eindeutig beschreibt.

Feingewinde werden dort eingesetzt, wo eine feinere Verstellung, eine höhere Selbsthemmung oder eine grössere tragende Fläche gefragt ist. Die geringere Gewindetiefe schwächt den Querschnitt weniger, was bei dünnwandigen Rohren und Hülsen zählt. Für die Kraftübertragung bedeutet die kleinere Steigung ausserdem, dass eine gegebene Vorspannkraft mit weniger Anzugsmoment erreicht wird.

Zollgewinde: Unified, UNEF und Rohrgewinde

Neben dem metrischen System sind im Anlagenbau und bei importierten Maschinen Zollgewinde verbreitet. Die Steigung wird hier über die Anzahl der Gewindegänge pro Zoll beschrieben. Ein Gewinde UNC 1/4 mit 20 Gängen hat demnach eine rechnerische Steigung von 25,4 geteilt durch 20, also 1,27 mm.

UNC und UNEF nach dem Unified-System

Das Unified-Gewindesystem unterscheidet drei Reihen: UNC als Grobgewinde, UNF als Feingewinde und UNEF als besonders feines Gewinde. Die folgenden Werte sind auf handelsübliche Bohrerdurchmesser gerundet.

Rohrgewinde G nach DIN ISO 228

Beim Rohrgewinde weicht der Nenndurchmesser vom tatsächlichen Aussendurchmesser ab, weil sich die Zollangabe historisch auf den Innendurchmesser des Rohres bezieht. Ein Gewinde G 1/2 misst am Aussendurchmesser rund 20,96 mm. Aus diesem Grund lassen sich die Kernlochmasse hier aus dem Namen nicht ableiten und werden aus der Tabelle entnommen.

Das G-Gewinde ist zylindrisch und dichtet über eine Flachdichtung oder einen O-Ring am Bund. Kegelige Rohrgewinde nach der Bezeichnung R dichten dagegen im Gewinde selbst und werden mit Hanf oder Gewindedichtband montiert. Wer regelmässig Rohrverbindungen herstellt, findet passende Übergänge auf Aussen- und Innengewinde im Bereich Pressfittings und Rohrzubehör.

Trapezgewinde für Bewegungsspindeln

Trapezgewinde nach DIN 103 übernehmen Bewegungsaufgaben, etwa an Spindelpressen, Hubtischen und Werkzeugmaschinen. Ihre Aufgabe liegt in der Bewegung von Bauteilen statt im Zusammenhalt von Verbindungen. Das Flankenprofil beträgt 30 Grad, wodurch die Flächenpressung sinkt und der Wirkungsgrad bei der Kraftübertragung steigt. Für die Kernlochbohrung gilt dieselbe Grundformel wie beim metrischen Gewinde.

Aussengewinde mit dem Schneideisen

Für ein Aussengewinde entfällt das Kernloch. Stattdessen wird der Rohdurchmesser des Werkstücks bestimmt, auf den das Schneideisen aufgesetzt wird. Als Faustregel liegt dieser Durchmesser etwa 0,1 bis 0,2 mm unter dem Nennmass, weil das Material beim Schneiden leicht nach aussen fliesst. Für M 10 bedeutet das einen Rohdurchmesser von rund 9,8 bis 9,9 mm.

Vor dem Ansetzen wird das Wellenende mit einer Fase von 45 Grad versehen. Das Schneideisen findet dadurch sauber Anschluss und läuft mittig an. Geschlitzte Schneideisen lassen sich im Halter geringfügig aufweiten oder zusammendrücken, womit sich das Gewindespiel in kleinen Grenzen korrigieren lässt. Ein zu eng eingestelltes Schneideisen erzeugt ein schwergängiges Gewinde, ein zu weit geöffnetes ein Gewinde mit zu viel Flankenspiel.

Gewindeformer statt Gewindebohrer

Gewindeformer erzeugen das Profil durch Umformen des Werkstoffs, ohne zu schneiden. Sie kommen ohne Späne aus und eignen sich für duktile Materialien wie Aluminium, Kupfer, Messing und weiche Stähle. Weil kein Material abgetragen wird, fällt die Bohrung deutlich grösser aus als beim spanenden Schneiden. Als Ausgangswert dient der Durchmesser abzüglich der halben Steigung. Die Werte in der folgenden Tabelle zeigen den Unterschied zum spanenden Gewindeschneiden.

Das geformte Gewinde erreicht durch den verdichteten Faserverlauf eine höhere Festigkeit als ein geschnittenes Gewinde derselben Grösse. Die Toleranz der Vorbohrung ist dabei enger einzuhalten, weil sich ein zu kleines Loch direkt im Drehmoment bemerkbar macht. Für harte Stähle bleibt das spanende Gewindeschneiden die verlässlichere Methode.

Ablauf beim Gewindeschneiden

Für ein masshaltiges Innengewinde hat sich diese Reihenfolge bewährt:

1.      Gewindegrösse und Steigung festlegen, Kernlochmass aus der Tabelle entnehmen

2.      Körnen und mit einem HSS-Co Spiralbohrer nach DIN 338 vorbohren, bei Sacklöchern mit Tiefenzugabe

3.      Bohrung innen entgraten und mit einer leichten Fase versehen

4.      Gewindebohrer senkrecht ansetzen, bei Handarbeit mit dem Winkel prüfen

5.      Kühlschmierstoff einsetzen und beim Schneiden regelmässig zurückdrehen, damit die Späne brechen

6.      Gewinde reinigen und mit einer Lehre oder der passenden Schraube prüfen

Für Handarbeit sind dreiteilige Sätze üblich, bestehend aus Vorschneider, Mittelschneider und Fertigschneider. Ein Gewindebohrer- und Bohrersatz mit 14 Teilen deckt den Bereich bis M 12 samt zugehörigen Spiralbohrern ab. Für Bohrmaschine und CNC kommen einteilige Werkzeuge zum Einsatz, etwa Maschinengewindebohrer aus HSS-E in M3 bis M12 nach DIN 371 und DIN 376.

Gewinde prüfen: Toleranzklassen und Lehren

Innengewinde werden üblicherweise in der Toleranzklasse 6H gefertigt, Aussengewinde in 6g. Die Ziffer beschreibt den Toleranzgrad, der Buchstabe die Lage des Toleranzfeldes. Diese Kombination gilt als Standard für allgemeine Verbindungen im Maschinenbau und passt zu handelsüblichen Schrauben.

Zur Kontrolle dient mit Hilfe eines Gewindelehrdorns die Prüfung über Gut- und Ausschussseite. Die Gutseite muss sich vollständig einschrauben lassen, die Ausschussseite darf höchstens zwei Gewindegänge weit eingreifen. Fehlt eine Lehre, gibt eine neue Schraube derselben Grösse eine brauchbare erste Einschätzung: Sie soll sich von Hand über die gesamte Tiefe drehen lassen, ohne dass sich das Werkstück mitbewegt.

·        Gewinde zu eng: Kernloch war zu klein, das Werkzeug hat zusätzlich Material verdrängt

·        Gewinde zu locker: Kernloch war zu gross oder der Gewindebohrer ist verschlissen

·        Gewinde schwergängig ab halber Tiefe: Späne im Sackloch oder ein verlaufener Bohrer

Häufige Fehlerquellen

·        Falsches Kernlochmass: Ein zu kleines Loch überlastet das Werkzeug, ein zu grosses erzeugt ein Gewinde mit zu geringem Traganteil

·        Schiefer Anschnitt: Bereits ein Winkelfehler von wenigen Grad führt zu einseitigem Tragbild

·        Fehlende Kühlung: Ohne Schneidöl steigen Reibung und Temperatur, die Standzeit sinkt spürbar

·        Zu hohe Drehzahl: Bei HSS-Werkzeugen in Stahl liegen die Schnittgeschwindigkeiten meist zwischen 5 und 15 m/min

·        Späne im Sackloch: Nicht ausgeräumte Späne verklemmen den Gewindebohrer beim Rückwärtsdrehen

Beim maschinellen Arbeiten gelten dieselben Grundsätze wie bei anderen Zerspanungsverfahren, etwa der Abstimmung von Drehzahl und Vorschub, die im Ratgeber zum richtigen Einsatz von Kernbohrern beschrieben ist. Weil beim Bohren und Gewindeschneiden Späne wegfliegen, gehört ein geprüfter Augenschutz nach den gängigen Schutzbrillen-Normen zur Grundausstattung.

Gewindeschneider-Tabelle richtig anwenden

Die Tabellenwerte für Kernloch und Steigung stammen aus den Gewindenormen und gelten unabhängig vom Hersteller des Werkzeugs. Für metrische Gewinde genügt die Formel Nenndurchmesser minus Steigung, bei Zoll- und Rohrgewinden führt nur der Blick in die Tabelle zum richtigen Mass. Das Material entscheidet anschliessend über die Feinkorrektur von 0,1 bis 0,2 mm, und die Wahl zwischen spanendem Schneiden und Umformen verschiebt das Kernlochmass noch einmal deutlich.

Wer Gewinde regelmässig herstellt, hält Bohrer und Gewindebohrer als aufeinander abgestimmten Satz vor, damit die Zuordnung von Kernloch und Gewinde-Grösse ohne Umrechnen gelingt. Für wiederkehrende Arbeiten lohnt sich eine ausgedruckte Tabelle am Arbeitsplatz, weil sie das Nachschlagen einzelner Masse überflüssig macht. Das passende Werkzeug für Bohrung, Gewinde und Nachbearbeitung findet sich in der Kategorie Schneid- und Trennwerkzeug.