falloutboy's Fundgrube und Texte
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falloutboy
Wed Mar 25 13:58:15 CET 2015 |
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Einleitung
Jedes amerikanische Auto bis in die frühen 80er hinein hat zöllige Schrauben. Komplett und ohne Ausnahmen (naja, bis vielleicht auf die 14mm-Zündkerzengewinde). Danach wurde schrittweise und bei Einzelaggregaten auf metrische Verbinder umgestellt. Allerdings ist die Umstellung bis heute nicht vollständig abgeschlossen, da das SAE-System in Nordamerika stark verankert und überall präsent ist. Der Grund für das zöllige Maß ist die Herkunft aus der angelsächsischen Maßwelt – obwohl gerade diese kurioserweise heute längst größtenteils metrisch mißt. So sind England oder auch Australien längst metrisch. Kanada ist ein Mischfall. Eigentlich wird metrisch gemessen, aber durch die Nähe zu den USA sickern viele Einflüsse des SAE-Systems durch tägliche Gegebenheiten wie den Autoverkehr ein. Speziell in den USA (und in einigen wenigen kleineren Ländern) hat sich das metrische System bis heute nicht durchgesetzt und ist lediglich durch Importgüter wie Autos oder Haushaltsgeräte präsent.
Auch bei uns ist das metrische System in Bezug auf Schrauben nicht omnipräsent. Z.B. durch die amerikanisch geprägte Computertechnik kommt zölliges Schraubengut zu uns. Zöllig ist nicht gleich zöllig, da gibt es noch Varianten. Ich werde mich hier aber auf die im US-Autobereich gebräuchliche Schrauben beschränken. Auch britische Gewindevarianten wie das Whitworth-Gewinde werde ich weglassen.
Grundlagen
Was im deutschen das Maschinenschraubengewinde ist, ist im amerikanischen das Unified Standard Thread. Beide Systeme gibt es als Grob- und Feingewinde. Bei der Zollvariante redet man dann von UNC (Unified National Coarse = grob) oder von UNF (Unified National Fine = fein).
Vergleicht man die Maße der metrischen und zölligen Gewinde miteinander, wird man keine Übereinstimmung feststellen. Durchmesser, Steigung und Gangzahl sind anders. Die einzige Gemeinsamkeit ist bei beiden der Gewindeflankenwinkel von 60°. Die US-Gewinde sind aber nicht kompatibel zu beispielsweise den britischen Whitworth-Gewinden, die trotz - oberflächlich betrachtet – gleichem, zölligen Gewindedurchmesser aber einen Flankenwinkel von 55° haben und somit völlig inkompatibel zu Unified-Gewinden sind.
An amerikanischen Autos sind fast nur Schrauben mit Grobgewinde (UNC) oder grobem Blechschraubengewinde im Einsatz. Feingewinde kommen auch vor, sind aber deutlich in der Minderzahl. Sie sind beispielsweise an Vergasern zu finden.
Einer der Vorteile des zölligen Systems ist die bei Ami-Cars sehr begrenzte Zahl von verwendeten Schrauben-/Gewindegrößen. Man kann so ein altes US-Auto mit einer sehr übersichtlichen Anzahl von Schlüsselgrößen nahezu komplett zerlegen.
Trotz genormter UNC/UNF-Gewindeformate wird man bei genauer Betrachtung feststellen, daß sich 99% der an US-Autos verwendeten Schrauben grundlegend von gewöhnlicher Baumarkt- oder Schaubenhandelsware unterscheiden. Diese Unterschiede sind spezielle Zugeständnisse an die einfache und schnelle Handhabe am Fließband oder an einen besonderen Zweck (wie zum Beispiel Festigkeit oder Einbau an einem unzugänglichen Ort). Auch ist die Qualität von richtigen Autoschrauben um einiges höher als die von Schüttware.
Systematik
Üblicherweise wird der Durchmesser eines Gewindes mit einem Bruch dargestellt, z.B. 1/2 oder 3/8. Bei Schrauben werden so gut wie nie Dezimalzahlen verwendet, also nicht z.B. 0.5 inch.
Alle Schraubengrößen sind Fraktale von 64, wobei 64 der größte verwendete Nenner ist.
Kürzen der Brüche ist üblich. Somit wird aus 16/64 dann 1/4 inch.
Schrauben unterhalb von 1/4 werden nicht in Brüchen dargestellt. Dafür verwendet man einfach natürliche Zahlen von 0-12. Eine Schraube #12 ist also eine Größe unterhalb von 1/4. Eine #0 ist sehr klein. Die Kennzeichnung, daß es sich um eine Zollschraube handelt wird mit obenstehenden Anführungszeichen deutlich gemacht, z.B. 1/2".
Man sieht also: man sollte in Mathe bei Bruchrechnung nicht gepennt haben! Ich werde Rechnen hier weitgehend vermeiden, aber man sollte halbwegs wissen, was ein Bruch ist.
Nomenklatur
Um eine Schraube genau zu bezeichnen sind mehr Angaben nötig als nur der Gewindedurchmesser. Daher werden bei einer Schraubenbestellung auch noch andere Daten genannt.
Eine davon ist die Anzahl der Gewindegänge pro Zoll. Diese wird dem Gewindemaß mit einem Bindestrich nachgestellt. 3/8-16 beispielsweise bedeutet, daß ,man eine Schraube mit 3/8 inch-Gewinde und 16 Gewindegängen pro Zoll vor sich hat.
Eine weitere angefügte Information ist die Schraubenlänge, die ebenfalls in Zoll angegeben wird. Diese kann entweder ebenfalls al Bruch dargestellt sein, oder aber auch als Dezimalzahl. Beispiel: 3/8-16 x 1 ½ oder 3/8-16 x 1.5
Die Benennung von Feingewinden ist von der Sache her das gleiche. Eine 3/8-Feingewindeschraube fällt in der Benennung sofort durch ihre höhere Gangzahl auf, die bei 3/8 lautet: 3/8-24 x 1.5
Bei allgemeinen Zollschrauben ist das bereits alles an notwendiger Information.
Da es – wie oben bereits erwähnt – für Autos besondere Schrauben gibt, sind bei Autoschrauben noch besondere, weiterführende Informationen in der Bemaßung hinzugefügt. Das kann z.B. ein Teilgewinde sein, eine aufgepreßte Unterlegscheibe, ein spezielles Material oder eine Oberflächenvergütung. 3/8-16 x 1.5 wsh 1.0 bezeichnet eine Schraube mit 3/8-Gewinde, 16 Gängen pro Zoll, anderthalb Zoll Länge und einer Unterlegscheibe von einem Zoll Durchmesser.
Auch Informationen zum Schraubenkopf können vorkommen. „hex“ z.B. bedeutet einen Sechskantkopf.
Da bei komplexen Schrauben an Autos die Benennung ellenlang werden würde (zu lang für viele Manuals) haben Ford und GM eigene Nummernsysteme für Schrauben eingeführt. Bei GM ist es eine der Teilenummernlogik folgende 10-stellige Nummer, bei Ford ist es ein Buchstabe, Bindestrich und eine fünfstellige Zahl, z.B. S-54735. Wird in einem Manual irgendwo eine Verschraubung dargestellt, steht diese Nummer daneben. Zu Chrysler habe ich keine Informationen.
Beispiele
Eine originale Ford-Karosserieschraube hat meistens 5/16"-Gewinde, es gibt auch welche in 1/4". Bis auf das Maschinengewinde hat sie nichts mit einer gewöhnlichen Maschinenschraube gemein. Sie hat eine spezielle Führungsnase (dog point) um an unzugänglichen Stellen die Schraube besser einführen zu können. Zur besseren Druckverteilung ist eine Unterlegscheibe daran. Diese ist vor dem Rollen der Gewinde aufgesteckt worden und kann nicht abgezogen werden. Der Grund dafür ist, daß Scheibe nicht unbeabsichtigt abfallen soll.
Auch der Sechskantkopf hat eine Form, die es nicht unbedingt erfordert, den Schlüssel gerade aufzusetzen um die Schraube zu drehen. Diese Schrauben wurden entwickelt um Autos am Fließband schnell bauen zu können.
Sie sind normalerweise aus hochwertigem Stahl gemacht und am Ende der Produktion phosphatiert und in schwerem Maschinenöl geölt. Sie sind zwar nicht wirklich rostfrei, lassen sich aber im Regelfall auch nach 30 Jahren noch problemlos rausdrehen. Nach einem gründlichen Reinigen kann man sie oft wiederverwenden, so robust sind sie. Hergestellt wurden und werden sie von der Firma SEMS. Zu erkennen ist das Herstellerzeichen oben auf dem Sechskant.
GM hat ähnliche Schrauben für Karosserien entwickelt. Ihnen fehlt allerdings die Führungsnase. Stattdessen hat man die Schrauben vorne spitz konstruiert und das Gewinde bis auf die Spitze gezogen. So hat die Schraube auch bei nicht ganz richtigem Ansetzen bereits Grip und die Form hilft auch in gewissen Grenzen gegen das verkanten.
Sonderformen von zölligen Gewinden:
NPT
An amerikanischen Autos befindet sich noch eine weitere zöllige Gewindeform, ohne die nichts läuft und die ich kurz beleuchten möchte: das zöllige Rohrgewinde NPT (National Pipe Thread).
Genau genommen ist es eigentlich keine Schraubenform, sondern eine Methode, Leitungen und Anschlüsse dicht miteinander zu verbinden. Dies sollte in einem Produktionsprozess so zügig und sicher funktionieren, daß kein zusätzlicher, zeitraubender Dichtmittelauftrag erforderlich ist. Erreicht wird dies durch eine kegelige Gewindeform, die sich keilförmig ineinanderdreht und fest dichtet. Dieses Merkmal unterscheidet das NPT-Gewinde von den Schraubengewinden.
Ein weiterer Unterschied ist, daß ziemlich offensichtlich ein 1/4“ NPT-Gewinde in der Größe stark von einer 1/4"-Maschinenschraube abweicht. Das NPT ist bei gleichem Nennmaß wesentlich größer. Der Grund dafür ist historisch bedingt und stammt daher, daß ursprünglich eine andere Betrachtung des Rohrmaßes zugrunde gelegt wurde.
NPT-Gewinde kommen am Motor vor, aber auch bei Kühlsystem, Getriebe und Kraftstoffanlage. An Autos ist nur eine kleine Anzahl an NPT-Gewindemaßen üblich. Häufig sind 1/4“, 3/8“ und gelegentlich auch 1/2“.
NPT-Gewindetabelle
Es gibt auch im britischen Whitworth-System ein kegeliges Rohrgewinde mit den Whitworth-üblichen 55° Flankenwinkel, welches aber in Autos keine Anwendung findet (vielleicht bei Engländern. Kann ich aber nix zu sagen). Dies ist nicht kompatibel zu NPT.
SAE
Oft verwechselt wird das NPT-Gewinde mit dem SAE-Gewinde, das beispielsweise bei Bremsleitungen verwendet wird. Dieses hat im Gegensatz zu NPT kein Kegelgewinde. Männchen und Weibchen lassen sich gerade ineinanderschrauben. Da SAE-Gewinde bei Rohrverbindungen nicht dichtend sind, wird die Dichtfunktion über einen Bördel erreicht und das Gewinde lediglich für den Anpreßdruck genutzt. Bei SAE-Gewinden wird – wie bei Maschinenschrauben – das Zollmaß und die Anzahl der Gänge pro Zoll angegeben. Der Bördel und der Dichtkonus weisen einen Winkel von 45° auf.
Am gebräuchlichsten an PKWs sind die Größen 3/8-24, 1/2-20 und 7/16-24. Diese werden für Bremsleitungen mit 3/16“ Durchmesser (in Deutschland schrägerweise 4,75mm genannt) benutzt.
AN
Eine weitere – relativ neue - zöllige Rohrverbinderform, die an Autos vorkommt, ist der AN-Verbinder. Das Buchstabenkürzel steht für Army/Navy und bezeichnet ein ursprünglich militärisches Anschlußverbindungssystem, das nach dem zweiten Weltkrieg seinen Weg über die Rennszene ins Auto gefunden hat. Es basiert auf dem SAE-System, ist aber dazu wegen einiger Unterschiede nicht kompatibel. So weisen z.B. Konusse von Bördelverbindungen einen anderen Winkel auf. Dieser beträgt im Gegensatz zum o.g. SAE-Bördel nur 37°. Durch den spitzeren Winkel entsteht eine größere Dichtfläche und ein höherer Anpressdruck. Eine irrtümliche Verbindung zu einem SAE-Bördel würde eine leckende Verbindung ergeben. Daher sollte man das strikt trennen und nur die für Übergänge vorgesehenen Adapter verwenden.
Das AN-System hat seine eigenen Benennungen, z.B. wird eine Verbindung mit AN-8 oder AN-6 bezeichnet. Das System ist in Schritte von 1/16“ aufgeteilt. Somit ist z.B. ein AN-8 = 8/16“ gekürzt also = 1/2“.
Möchte man AN-Leitungen in sein Auto einbauen, sind Adapter nötig um z.B eine Kraftstoffleitung an eine Benzinpumpe anzuschließen. Die kompletten Programme der Firmen Russell oder Earl’s bestehen aus AN-Teilen. Sie sind im Custom-Bereich allgegenwärtig. Es gibt auch immer mehr Benzinpumpen, Vergaser, etc. von Holley, Edelbrock und Co., die bereits AN-Anschlüsse haben. Ihr Vorteil ist ihre strikte Systematik (man braucht nur einen AN-6-Schlauch und einen AN-6-Verbinder zu kaufen und hat Gewißheit, daß diese Teile perfekt zusammenpassen), ihre universelle Anwendbarkeit und ihre hohe Qualität (aus dem Luftfahrtbereich)
AN-Gewindetabelle
Schrauben messen
Nachdem wir nun einige Schraubenarten und einige Grundformate kennengelernt haben stellt scih natürlich die Frage: wie finde ich heraus, was für eine Schraube ich vor mir habe?
Zu diesem Zweck eignet sich am besten eine Schieblehre. Es gibt diese in digitaler Form oder mit einer Skala. Ich habe zwar schon digitale gesehen, die auch Fractions in Zoll anzeigen können, die sind aber recht selten. Daher zeige ich Euch die einfacherer Variante mit einer Skalenlehre.
In diesem Fall habe ich eine Lehre mit zwei Skalen. Eine metrieche in cm/mm und eine in inch.
Auf dem Bild ist die Zollskala oben im Bild zu sehen.
Bei genauer Betrachtung ist zu sehen, daß die Skaleneinteilung nicht auf dem Dezimalsystem beruht (es also 10 Striche bis zur "1" sind), sondern 16. Aus Sicht des unbedarften Europäers taucht sofort die Frage auf: WAS SOLL DAS???
Bei etwas drüber-nachdenken ergibt sich daraus, daß die Skala somit bis zur 1"-Marke 16/16 hat.
Demzufolge ist der längere Strich in der Mitte zwiachen der "0" und der "1" gleich 8/16", gekürzt also 1/2".
Die Schlußfolgerung daraus ist, daß die Striche auf halbem Wege zwiachen der "0" und der 1/2"-Marke dann die Viertel und Achtel sind
Wir spannen eine Schraube in die Meßbacken der Lehre. Die Meßmarke bleibt über dem fünften Sechzehntelstrich stehen.
Die Schraube hat also 5/16"
Eine andere Schraube wird eingespannt. Hier bleibt der Strich auf 8/16" stehen.
Hier wird der Bruch gekürzt und ergibt somit 3/8".
TIPP: Es ist schwieriger, das ganze dezimal zu messen und dann die 6,74mm in einen Bruch umzurechnen. Daher ist es praktikabler, auf Umrechnungen ganz zu verzichten und komplett in der zölligen Welt zu bleiben.
Vergleich Karosserieschrauben
Um noch mal deutlich den Unterschied zwischen GM-Schrauben und Ford-Schrauben zu zeigen, habe ich mal aus der Schraubenkiste drei Schrauben gefischt, die verschiedenes deutlich zeigen.
Links:
Ford 5/16" Karosserieschraube aus meinem Ford Mustang, hergestellt 1970.
Sie hat 40 Jahre unten am Auto gesessen, dort wo der Kotflügel an den Schweller geschraubt ist.
Sie hat eine aufgepreßte Unterlegscheibe und den "dog point", die Zielhilfe.
Die Schraube ist nur grob mit einer Plastikbürste gereinigt und es ist deutlich zu sehen, daß die Phosphatierung noch vollkommen intakt ist. Sie ließ sich ohne Probleme lösen und könnte sofort wieder geölt und verschraubt werden.
Mitte:
Eine GM-Karosserieschraube in 5/16" von 1977. Innenkotflügel an Außenkotflügel Buick Century. Deutlich erkennbar ist der Kopfflansch und der gespitzte Gewindeteil.
Es ist deutlich zu sehen, daß die Schraube ein- oder mehrmals mit metrischem Werkzeug verrundet wurde. Trotz der unvorteilhaften Behandlung ist auch diese Schraube problemlos zu lösen gewesen (allerdings schon vor etlichen Jahren) und auch hier ist die Schraube durchaus nach Reinigung und neuem Ölen im Prinzip noch verwendbar.
Rechts:
eine metrische Schraube M6 aus einer Corvette, mitte der 90er hergestellt, 2001 aus dem Auto entfernt. Frontmaske. Schon nach wenigen Jahren starke Korrosion am Kopf und an der Unterlegscheibe, Gewinde gerade noch akteptabel und drehbar. Reinigung ist nicht mehr Möglich, nur durch Strahlen. Diese Schraube würde ich nicht wiederverwenden.
Man sieht deutlich, wie sich die Materialien mit dem Niedergang der Fertigungsqalität in den 80ern und 90ern massiv verschlechterten. Ich habe neulich an einem 2000er PT Cruiser geschraubt. Die Schrauben sahen noch schlimmer aus als die der Corvette.
Vergleich U-Nuts / J-Nuts
Im Karosseriebereich von US-Autos gibt es kaum Sechskantmuttern. Es werden fast überall J- und U-Nuts eingesetzt, gelegentlich auch einfache Blechschrauben. Der deutsche Begriff lautet Klammermutter. Der unterschied zwischen J- und U-Nuts ist die Länge der Schenkel. Bei J-Nuts sind sie unterschiedlich, bei U-Nuts gleich. Es gibt auch noch weitere Varianten davon.
Wenn mal eine Schraube wirklich festgammelt, sind oft nicht die Schrauben schuld, sondern die U-Nuts. Auch bei diesen geht die Qualität weit auseinander. Auch dazu habe ich ein Bild.
Links:
Sehr große, neue U-Nut, chinesische oder mexikanische Fertigung. Größe 7/16". Für Stoßstangenbefestigung.
Bei genauem Hinsehen ist sie nur brüniert oder KTL-grundiert (kathodische Tauchlackierung). Obwohl sie neu ist und noch nie verbaut war rostet sie schon.
Zweite von links:
CIP-Nut, neu , 5/16" für langen Blechübergriff aus aktueller Ferigung. Etwas besser, aber auch eher lasche Qualität, trotz Markenhersteller. Kann man verbauen, ist aber im Außenbereich am Auto nicht wintertauglich.
Dritte von links:
CIP-Nut, NOS aus Fertigung USA 70er Jahre in 5/16" mit kurzem Blechübergriff. Kleine Lagerungsspuren und etwas staubig aber solide und intakte Phosphatierung. Würde ich sofort verbauen. Hält geölt locker noch 50 Jahre.
Rechts:
CIP-Nut neu in 1/4" mit kurzem Übergriff. Qulität ähnlich wie die lange 5/16".
Nachtrag:
Noch diese PDF zu AN-Fittings auf der Festplatte gefunden (siehe Anhang ganz am Ende des Beitrags)
Nachtrag 2:
Über diese Bilder gestolpert, die hoffentlich ein paar der gebräuchlichen englishen Begriffe bei Schrauben, Muttern und Unterlegscheiben erklären.