ASME B1.2 (ANSI B1.2) – UN‑Gewindelehren: Grundlagen, Berechnung und Praxisbeispiel

Die ASME B1.2 (früher ANSI B1.2) ist der maßgebliche US‑amerikanische Standard für die Abnahme und Prüfung von Unified‑Inch‑Gewinden (UN/UNR) mit Gewindelehren. Er definiert nicht die Geometrie der Schraube selbst – das übernimmt die ASME B1.1 – sondern legt fest, wie die Werkstückgewinde mit zylindrischen Grenzlehren (Go / No‑Go) auf Übereinstimmung zu prüfen sind und welche Toleranzen die Lehren dabei selbst aufweisen müssen [4†L23-L27][6†L2-L6].

Dieser Artikel erläutert den Aufbau, die Nomenklatur und die rechnerischen Grundlagen von UN‑Gewindelehren nach ASME B1.2 und demonstriert die Berechnungen am Praxisbeispiel eines 1.625‑16UN‑2A‑Außengewindes.

1. Nomenklatur der UN‑Gewindelehren

Die Benennung eines Gewindes folgt einem festen Schema. Nehmen wir das Beispiel:

1.625 – 16 UN – 2A

Die einzelnen Bestandteile bedeuten:

Weitere wichtige Klassen im Überblick

1.1 Was bedeutet die Toleranzklasse im Detail?

• 2A kennzeichnet ein Außengewinde mit einer Spielpassung der mittleren Präzisionsstufe. Es ist die am häufigsten verwendete Klasse für standardisierte Befestigungselemente wie Schrauben und Bolzen. Das "A" steht dabei für externe (Außen‑)Gewinde, während "B" für interne (Innen‑)Gewinde verwendet wird.

• Die Toleranzklasse bestimmt sowohl das Abmaß (allowance) – also das bewusst vorgesehene Spiel zwischen Außen‑ und Innengewinde – als auch die Toleranzbreiten für Flankendurchmesser, Außendurchmesser und Kerndurchmesser. Für Klasse 2A beträgt das Abmaß es = 0,0013 Zoll (bezogen auf das Grundprofil) [13†L10-L12]. Für Klasse 3A (Präzisionsklasse) gibt es dagegen kein Abmaß – der Grundgedanke ist hier eine spielfreie oder leicht überdeckende Passung.

1.2 Aufbau einer Gewindelehre nach ASME B1.2

Der Standard ASME B1.2 definiert zwei grundlegende Lehrentypen:

• Gut‑Lehrdorn (Go): Prüft, ob das Gewinde innerhalb der maximalen Werkstoffbedingung (MMC) liegt. Ein Außengewinde muss diesen Lehrdorn ohne merklichen Widerstand durchlaufen können.

• Ausschuss‑Lehrdorn (No‑Go): Prüft die Mindestmaterialbedingung (LMC). Bei Außengewinden darf der No‑Go‑Lehrring maximal drei Umdrehungen auf das Gewinde aufgedreht werden können, ohne Gewalt anzuwenden [2†L35-L37].

2. Das UN‑Grundprofil (Flankenwinkel 60°)

Die UN‑Gewindeform basiert auf einem symmetrischen 60°‑Dreieckprofil mit abgeflachten Spitzen und Gründen. Die Grundhöhe H eines scharfen Dreiecks berechnet sich aus der Steigung P:

$$H=P\cdot \cos {30}^{\circ }=P\cdot \frac{\sqrt{3}}{2}\approx \mathrm{0,86602540378}\cdot P$$

Für das UN‑Profil werden Spitzen und Gründe definiert abgeflacht:

• Außengewinde: Abflachung an der Spitze = $H\mathrm{/}8$

• Außengewinde: Abflachung am Grund = $H\mathrm{/}4$

• Innengewinde: Abflachung an der Spitze = $H\mathrm{/}4$

• Innengewinde: Abflachung am Grund = $H\mathrm{/}8$

Die tatsächliche Gewindetiefe (Eingrifftiefe) $h_s$ für ein Außengewinde ergibt sich daraus zu:

$$h_s=\frac{5}{8}\cdot H=\mathrm{0,541265877}\cdot P$$

Zusammengefasst:

Hinweis: Das UN‑Profil ist identisch mit dem metrischen ISO‑Profil (M‑Gewinde). Der entscheidende Unterschied liegt nicht in der Form, sondern in der Maßeinheit (Zoll vs. Millimeter) und in der Berechnung des Grunddurchmessers bei Außengewinden: UNR‑Gewinde (gerundeter Grund) haben eine um ca. 0,108 P geringere Eingrifftiefe als UN‑Gewinde mit abgeflachtem Grund.

3. Berechnungsgrundlagen für UN‑Gewinde und Gewindelehren

Die folgenden Formeln basieren auf ASME B1.1 für das Werkstückgewinde und werden für die Auslegung der Lehren nach ASME B1.2 herangezogen [13†L4-L7]. Sie gelten für Außengewinde der Klasse 2A.

Gegebene Größen:

• $D_{bsc}$ = Grund‑Außendurchmesser (1,625″)

• $n$ = Gangzahl pro Zoll (16 TPI)

• $P$ = Steigung in Zoll = $1\mathrm{/}n=1\mathrm{/}16=\mathrm{0,0625}\text{ in}$

• $es$ = Abmaß für Klasse 2A = $\mathrm{0,0013}\text{ in}$

• $LE$ = Eingriffslänge (in Zoll) – hier vereinfacht 5 Gangsteigungen angenommen

3.1 Steigung P

$$P=\frac{1}{n}=\frac{1}{16}=\mathrm{0,0625}\text{ in}=\mathrm{1,5875}\text{ mm}$$

3.2 Außendurchmesser (Major Diameter)

Der maximale Außendurchmesser ergibt sich aus dem Nennmaß abzüglich des Abmaßes:

$$d_{max}=D_{bsc}-es=\mathrm{1,6250}-\mathrm{0,0013}=\mathrm{1,6237}\text{ in}$$

Die Toleranz für den Außendurchmesser beträgt für Klasse 2A:

$$T_d=\mathrm{0,060}\cdot P^{2\mathrm{/}3}$$$$T_d=\mathrm{0,060}\cdot (\mathrm{0,0625}{)}^{\mathrm{0,6667}}\approx \mathrm{0,060}\cdot \mathrm{0,15749}\approx \mathrm{0,00945}\text{ in}$$

Der minimale Außendurchmesser ist dann:

$$d_{min}=d_{max}-T_d=\mathrm{1,6237}-\mathrm{0,00945}=\mathrm{1,61425}\text{ in}$$

3.3 Flankendurchmesser (Pitch Diameter)

Der Grund‑Flankendurchmesser nach ASME B1.1 beträgt:

$$D_{2bsc}=D_{bsc}-\mathrm{0,64951905}\cdot P$$$$D_{2bsc}=\mathrm{1,6250}-\mathrm{0,64951905}\cdot \mathrm{0,0625}$$$$D_{2bsc}=\mathrm{1,6250}-\mathrm{0,04059494}\approx \mathrm{1,58440506}\text{ in}$$

Der maximale Flankendurchmesser für Klasse 2A:

$$d_{2max}=D_{2bsc}-es=\mathrm{1,58440506}-\mathrm{0,0013}=\mathrm{1,58310506}\text{ in}$$

Die Toleranz für den Flankendurchmesser (Klasse 2A):

$$T_{d2}=\mathrm{0,0015}\cdot D_{bsc}^{1\mathrm{/}3}+\mathrm{0,0015}\cdot L{E}^{1\mathrm{/}2}+\mathrm{0,015}\cdot (P^2{)}^{1\mathrm{/}3}$$

Mit $LE=5\cdot P=\mathrm{0,3125}\text{ in}$:

$$T_{d2}\approx \mathrm{0,0015}\cdot \mathrm{1,175}+\mathrm{0,0015}\cdot \mathrm{0,559}+\mathrm{0,015}\cdot \mathrm{0,15749}$$$$T_{d2}\approx \mathrm{0,00176}+\mathrm{0,00084}+\mathrm{0,00236}\approx \mathrm{0,00496}\text{ in}$$

Der minimale Flankendurchmesser:

$$d_{2min}=d_{2max}-T_{d2}=\mathrm{1,58310506}-\mathrm{0,00496}\approx \mathrm{1,57814506}\text{ in}$$

3.4 Kerndurchmesser (Minor Diameter)

Für UN‑Außengewinde wird der Kerndurchmesser nach ASME B1.2 nicht durch ein direktes Toleranzmaß definiert, sondern über die Abnahmebedingung mit Gut‑Lehrdornen geprüft [13†L36-L39]. Die theoretische Berechnung erfolgt dennoch aus dem maximalen Außendurchmesser abzüglich der doppelten Eingrifftiefe:

$$d_{1max}=d_{max}-\mathrm{1,08253175}\cdot P$$$$d_{1max}=\mathrm{1,6237}-\mathrm{1,08253175}\cdot \mathrm{0,0625}$$$$d_{1max}=\mathrm{1,6237}-\mathrm{0,06765823}\approx \mathrm{1,55604177}\text{ in}$$

Anmerkung: Für UNR‑Gewinde (gerundeter Grund) wird mit dem Faktor $\mathrm{1,19078493}\cdot P$ gerechnet, was einen größeren Abzug und damit einen kleineren Kerndurchmesser ergibt.

4. Praxisbeispiel: 1.625‑16UN‑2A

Im Folgenden sind die berechneten Werte für das Außengewinde 1.625‑16UN‑2A übersichtlich zusammengestellt.

4.1 Übersicht der Ergebnisse

4.2 Prüfung mit Gewindelehren nach ASME B1.2

5. Geometrische Einflussfaktoren auf die Messung

5.1 Einfluss des Flankenwinkels auf die Messung

Da die UN‑Gewindeform einen 60°‑Flankenwinkel besitzt, wirken sich Abweichungen des Flankenwinkels besonders stark auf den messbaren Flankendurchmesser aus. Bei einer Flankenwinkelabweichung von beispielsweise +0,5° an beiden Flanken verändert sich der effektive Flankendurchmesser um ca. 0,7 bis 1,0 μm pro 0,1 mm Gewindesteigung.

5.2 Einfluss der Steigungsabweichung (Lead Deviation)

Die über die gesamte Eingriffslänge akkumulierte Steigungsabweichung kann dazu führen, dass ein Gewinde mit korrekten Einzelelementen (Flankendurchmesser, Außendurchmesser) dennoch von einem Gut‑Lehrring blockiert wird. ASME B1.2 begrenzt daher auch die zulässige Steigungsabweichung für Gewindelehren [7†L9-L11].

5.3 Einfluss der Rundheit und Zylindrizität

Besonders bei größeren Nenndurchmessern (≥ 1″) können Abweichungen in der Rundheit des Gewindegrunds oder der Flanken die Messung mit zylindrischen Grenzlehren signifikant beeinflussen. Die Lehren selbst müssen daher enge Toleranzen für Rundheit und Zylindrizität einhalten – diese sind in ASME B1.2 tabellarisch festgelegt [6†L4-L6].

6. Sowant Precision Gage – Ihr Partner für Gewindelehren

Die Sowant Precision Gage Co., Ltd. (苏州斯文克精密测量设备有限公司) ist ein spezialisiertes Unternehmen für hochpräzise Gewindelehren. 

Besondere Kompetenz besitzt Sowant bei UNJ‑Luftfahrtgewinden, einer Sonderform des UN‑Profils mit kontrolliertem Rundungsradius im Gewindegrund, die extremen dynamischen Belastungen standhalten muss [15†L12].

Zusätzlich zu Vertrieb und technischer Beratung bietet Sowant umfassende Kalibrier‑ und Instandsetzungsdienste für Gewinde‑Lehren aller gängigen Normensysteme an, einschließlich Justierung von verstellbaren Gewinde‑Lehrringen und Rekalibrierung von Einstell-Lehrdornen (Setting Plug Gages) [15†L6-L7].

Für technische Beratung oder ein individuelles Angebot steht Sowant Precision Gage gerne zur Verfügung.

Zusammenfassung

• Die ASME B1.2 definiert die Abnahmebedingungen für UN‑Inch‑Gewinde mit zylindrischen Grenzlehren (Go/No‑Go).

• Das UN‑Profil hat einen 60°‑Flankenwinkel mit definierten Abflachungen an Spitze und Grund.

• Die Berechnung der Durchmesser erfolgt aus dem Nenndurchmesser und der Steigung, korrigiert um das klassenspezifische Abmaß und die Toleranz.

• Die Toleranzklasse 2A ist die Standardklasse für allgemeine Befestigungsgewinde im amerikanischen Raum.

• Sowant Precision Gage bietet ein breites Sortiment an Gewindelehren nach ASME, DIN, ISO und Whitworth sowie Kalibrierdienstleistungen an.

Quellen: Die Berechnungen basieren auf den Formeln der ASME B1.1 und ASME B1.2, wie sie bei Engineers Edge dokumentiert sind [13†L4-L27][11†L3-L12]. Die Informationen zu den Toleranzklassen und Lehrentypen wurden aus den Standards ASME B1.2‑1983 (R2017) und ASME B1.1‑2003 sowie aus technischen Fachpublikationen entnommen [6†L2-L6][8†L6-L11]. Die Angaben zu Sowant Precision Gage stammen von der offiziellen Unternehmenswebsite [15†L4-L12].