Rohrgewindearten: Merkmale, Unterschiede, Anwendungen & CNC-Bearbeitung

Rohrgewinde werden häufig zum Verbinden von Rohren, Formstücken, Ventilen, Verteilern und Komponenten der Fluidsteuerung in Hydraulik-, Pneumatik-, Sanitär- sowie Öl- und Gassystemen eingesetzt. Sie erfordern typischerweise eine extrem hohe Dichtleistung. Wie lässt sich also ein hochwertiges Rohrgewinde herstellen?

Dieser Leitfaden erklärt die wichtigsten Rohrgewindetypen, wie man sie erkennt, wo sie eingesetzt werden und wie die CNC-Bearbeitung zur Herstellung präziser Gewindebauteile beiträgt.

Was sind Rohrgewinde?

Rohrgewinde werden üblicherweise als Innen- oder Außenspiralgewinde in Bauteile eingearbeitet, die speziell für die mechanische Verbindung von Rohrleitungen und die Abdichtung entwickelt wurden. Hochwertige Rohrgewinde gewährleisten den reibungslosen Durchfluss von Flüssigkeiten und Gasen und halten dem Innendruck stand.

Rohrgewinde vs. allgemeine Schraubengewinde

Rohrgewinde und allgemeine Schraubengewinde werden mit unterschiedlichen Eigenschaften für verschiedene Zwecke gefertigt. Rohrgewinde dienen der Verbindung von Rohren und Formstücken in Hydraulik-, Pneumatik- oder Öl- und Gassystemen. Allgemeine Schraubengewinde hingegen werden hauptsächlich zum Befestigen und Montieren verwendet. Die Unterschiede zwischen Rohrgewinden und Schraubengewinden werden in der folgenden Tabelle erläutert:

Eigenschaften von Rohrgewinden

Zu den wichtigsten Merkmalen, die zur Definition und Identifizierung eines Rohrgewindes verwendet werden, gehören:

Nenngröße

Die Größen von Rohrgewinden sind Nennbezeichnungen und entsprechen in der Regel nicht dem gemessenen Außendurchmesser des Gewindes.

Gewindedurchmesser

Es wird geprüft, ob sich die Außen- und Innengewinde innerhalb der geforderten Toleranz korrekt verbinden lassen. Der Gewindedurchmesser umfasst im Einzelnen:

• Gewindehauptdurchmesser
• Gewindekerndurchmesser
• Gewindesteigungsdurchmesser

Gewindesteigung

• Sie ist für die Kontrolle des Reibungskoeffizienten beim Verbinden von männlichen und weiblichen Gewindepartnern verantwortlich.
• Beeinflusst die Lastverteilung und die Beständigkeit gegen Abisolierung.
• Ein festes Gefälle gewährleistet die Austauschbarkeit von Rohren und Formstücken verschiedener Hersteller.
• Gewährleistet einen guten Kontakt entlang der Gewindeflanken.

Gewindewinkel

• NPT und NPTF verwenden ein 60-Grad-Gewinde.
• BSPT und BSPP verwenden ein 55-Grad-Whitworth-Formular.

Formen von Fäden 

1. Konisch: Konische Rohrgewinde weisen entlang ihrer Länge einen allmählichen Durchmesserverringerung auf. Diese Gewindeform ermöglicht eine Abdichtung durch Gewindeüberdeckung und Dichtmittel.
2. Gerade (parallele) Gewinde: Parallele Gewinde behalten einen konstanten Durchmesser. Im Gegensatz zu konischen Rohrgewinden können gerade Rohrgewinde nur durch O-Ringe, Dichtungen oder andere Dichtungsmethoden abdichten.

Funktionen von Rohrgewinden

• Hält dem Innendruck stand und sorgt gleichzeitig für feste Verbindungen.
• Verantwortlich für das Verbinden von Rohren und Formstücken
• Ermöglicht die Montage und Demontage des Systems
• Unerlässlich zur Verhinderung von Leckagen

Wie erkennt man die verschiedenen Gewindearten an Rohren?

Die Art des Rohrgewindes kann anhand der folgenden Parameter identifiziert werden:

Es gibt verschiedene Arten von Rohrgewinden, die sich anhand der folgenden Merkmale identifizieren lassen:

Kennzeichnungen identifizieren

Jedes Rohrgewinde hat eine eigene Prägung. ½ NPT ist ein US-Standard und bezeichnet ein ½-Zoll-NPT-Gewinde (National Pipe Taper). Standardkennzeichnungen für Rohrgewinde.

Durchmesser messen

Zwei Rohrgewindetypen lassen sich durch Messung des Innendurchmessers, des Außendurchmessers und der Steigung unterscheiden. Beispielsweise haben die beiden Rohrgewindetypen ½ NPT und ½ BSPT einen Außendurchmesser von 0.840 Zoll bzw. 0.825 Zoll.

Gewindekonizität prüfen

Das Gewindekonusverhältnis (1:16) ist sowohl bei NPT- als auch bei BSPT-Gewinden üblich. Der Unterschied liegt im Gewindeprofilwinkel.

• NPT-Gewindeprofilwinkel = 60°

• BSPT-Gewindeprofilwinkel = 55°

Gewindeidentifizierungswerkzeuge verwenden

Zur Bestimmung der Gewindearten von Rohren stehen verschiedene Werkzeuge zur Verfügung. Beispielsweise kann ein Gewindemessschieber verwendet werden. Dieser misst den Außendurchmesser (AD), und jede Gewindeart hat eine spezifische AD-Größe.

Welche Arten von Rohrgewinden gibt es?

Die Rohrgewindetypen werden hauptsächlich anhand zweier Faktoren bestimmt:

• Anhand geometrischer Merkmale

Die Geometrie der Rohrgewinde teilt Rohrgewinde in zwei Typen ein: Parallelgewinde und Kegelgewinde.

• Nach Rohrgewindenormen

Auch Rohrgewinde werden nach internationalen und regionalen Normen unterteilt. Diese Gewinde unterscheiden sich hinsichtlich Winkel, Steigung, Kegelform usw. Zu den wichtigsten Normen zählen NPT, API, BSP und ISO.

Geometriemerkmale von Rohrgewinden

Rohrgewinde können konisch oder parallel sein. Diese Änderung der Geometrie eines Rohrgewindes ist für einige relevante Anwendungen verantwortlich. In diesem Abschnitt betrachten wir einige Merkmale der Geometrie von Rohrgewinden genauer:

Konische Gewinde

Rohre mit konischem Gewinde sind für hohe Drücke geeignet. Der Durchmesser verringert sich in Längsrichtung. Sie sind selbstsichernd, benötigen aber Dichtmittel wie PTFE. Diese Geometrie ist typisch für NPT- und BSPT-Gewinde und findet häufig Anwendung in Hydraulik- und Gasanlagen.

Parallele Threads

• Der Durchmesser ändert sich entlang der Länge nicht, sondern bleibt konstant.
• Einfach zu montieren und zu zerlegen
• Wird verwendet, wenn wiederholte Verbindungen erforderlich sind
• Für die Abdichtung werden weitere Dichtungsteile (O-Ringe oder Unterlegscheiben) benötigt.
• Zu den gängigen Anwendungsgebieten gehören pneumatische und Niederdrucksysteme.
• Vorhanden in BSPP und NPSM

Gewindeform

Dies sind die gängigsten Formen von Rohrgewinden:

Whitworth-Thread

• Kämme und Wurzeln sind abgerundet
• Winkel: 55 ^o
• Wird in BSPT/BSPP verwendet
• Besser für reibungsloses Einrasten und höhere Ermüdungsbeständigkeit

Trapez

Es wird in Kraftübertragungsteilen wie Gewindespindeln und Hebern eingesetzt. Es wird nicht zur Rohrabdichtung verwendet.

V-Gewinde

• Winkel: 60 ^o
• Die Form ist ein ausgeprägtes V-Profil.
• Gut geeignet für Festigkeit und mäßige Abdichtung
• Wird in NPT/NPS verwendet

ISO- und NPT-Gewinde sollten aufgrund unterschiedlicher Winkel, Dichtungsmethoden, Steigungen und Toleranzen nicht zusammen verwendet werden.

Versiegelungsmethode

Für Abdichtungen werden folgende Methoden verwendet:

1. PTFE-Band: wird häufig in der Sanitär-, Pneumatik- und Hydrauliktechnik verwendet.
2. Metall-auf-Metall: NPTF-Gewinde sind so konstruiert, dass der Kontakt zwischen den Gewindespitzen und -wurzeln erhöht und der spiralförmige Leckagepfad reduziert wird.
3. Gewindedichtmittel: Paste oder Flüssigkeit wird zu Abdichtungszwecken verwendet und ist in industriellen Anwendungen üblich.
4. O-Ring-Dichtung: Der O-Ring dient zur Abdichtung und wird bei BSPP- und SAE-Geradgewinden verwendet.

Normen für Rohrgewinde

Rohrgewindenormen definieren die Abmessungen, Toleranzen und Dichtungsanforderungen für zuverlässige Verbindungen in verschiedenen Anwendungsbereichen. Sie variieren jedoch je nach Region und Branche. Im Folgenden werden verschiedene Normen und ihre typischen Rohrgewindetypen vorgestellt.

Amerikanisch (ANSI / ASME)

Rohrgewindenormen definieren, wie Rohre miteinander verbunden werden. In den Vereinigten Staaten werden Rohrverbindungen gemäß der ANSI/ASME-Norm durchgeführt. Zu den verwendeten Gewindearten gehören NPT, NPTF und NPS. Die folgende Tabelle gibt Aufschluss über deren Eigenschaften, Dichtungsmethoden und Anwendungsbereiche.

Europäische Gewindenormen

In Europa werden für Druckrohrverbindungen häufig BSPT- (konisches) und BSPP-Rohrgewinde (parallel) verwendet. Erfahren Sie jetzt mehr über ihre Details:

Internationale ISO-Normen

Die ISO-Normen unterscheiden zwischen Rohrgewinden, die auf dem Gewinde abdichten, und Rohrgewinden, die eine separate Dichtungseinrichtung verwenden.

• ISO 7-1: Die Norm für Rohrgewinde, die durch das Gewinde selbst eine Abdichtung erreichen können.
• ISO 228-1: Die Norm für Rohrgewinde, bei denen zur Abdichtung weitere Komponenten erforderlich sind.

API-Ölfeld-Threads

Die API-Normen definieren spezielle Rohrgewindetypen und Gewindeverbindungsmethoden, die in der Öl- und Gasindustrie verwendet werden. Zu diesen Gewindetypen gehören:

Anwendungsbereiche von Rohrgewindetypen

Jede Gewindeart hat ihren spezifischen Anwendungsbereich. Das bedeutet, dass für jede Anwendung ein anderes Gewinde benötigt wird. Zwar können in zwei Anwendungen dieselben Gewindearten zum Einsatz kommen, die Art der Anwendung ist jedoch unterschiedlich. Zu den häufigsten Anwendungsbereichen von Gewinden zählen Komponenten für Hydrauliksysteme, Pneumatiksysteme, industrielle Rohrleitungen und Rohrleitungen in der Ölfeldindustrie.

Teile des Hydrauliksystems

Bei Bauteilen von Hydrauliksystemen werden Gewinde nicht ausschließlich zur Abdichtung verwendet. Gewinde halten die Bauteile, zur Abdichtung kommen jedoch O-Ringe zum Einsatz. In einem Hydrauliksystem werden zwei Arten von Rohrgewinden verwendet:

1. NPT/NPTF (National Pipe Thread/ National Pipe Thread Fuel)

Bei dieser Rohrgewindeart sind die Gewindegänge konisch, die Abdichtung erfolgt durch Gewindeüberschneidung.

2. BSPT/BSPP

• Die Gewinde können parallel oder konisch sein
• BSPT-Dichtungen mit Dichtmittel
• BSPP verwendet einen O-Ring oder eine Verbunddichtung.

Teile des pneumatischen Systems

• In dieser Anwendung dienen Rohrgewinde der Verbindungsherstellung. Aufgrund der geringeren Drücke werden meist einfache Kegelgewinde verwendet.
• Die in pneumatischen Systemen verwendeten Gewindearten entsprechen denen in hydraulischen Systemen. Zu diesen Gewindearten gehören NPT, BSPT und BSPP. Bei NPT- und BSPT-Gewinden erfolgt die Abdichtung durch Gewindeüberdeckung und erfordert zusätzlich Dichtmittel oder PTFE-Band. BSPP-Gewinde hingegen benötigen einen O-Ring oder eine Dichtscheibe, da sie nicht direkt am Gewinde abdichten.

Industrielle Rohrleitungen

Für Verbindungen mit niedrigem bis mittlerem Druck und kleinem Durchmesser in industriellen Rohrleitungen werden Rohrgewinde verwendet. Diese Gewinde kommen in Instrumentenleitungen, Abfluss- und Versorgungsanschlüssen sowie in Versorgungsleitungen zum Einsatz.

In Nordamerika wird das Rohrgewinde vom Typ NPT/NPTF verwendet.

In Europa, Großbritannien und Asien wird der BSPT- oder BSPP-Typ verwendet.

Bei Kegelgewinden nach NPT oder BSPT sind Gewindeüberdeckung und Dichtmittel erforderlich. Bei Parallelgewinden wie BSPP wird hingegen eine Dichtung oder eine Verbunddichtung benötigt.

Ölfeld-Rohrleitungskomponenten

Zu den Anwendungsgebieten von Rohrgewinden in Ölfeld-Rohrleitungskomponenten gehören:

• Bohrstränge
• Produktionsrohre
• Öl- und Gasströmung unter hohem Druck
• Brunnenverrohrung

Zur Erfüllung bestimmter Anforderungen, wie z. B. hochfeste und druckdichte Gewinde unter extremen Belastungen, werden spezielle Gewindearten eingesetzt. Diese Gewindearten sind:

• API-Gewinde (API-Leitungsrohr, API-Gehäuse, API-Schlauch)
• Premium-Gewinde

Für eine optimale Abdichtung sind Gewindeüberdeckung und eine metallische Dichtung erforderlich. Gewindedichtmittel wie beispielsweise Gewindepaste werden zur Schmierung und Abdichtung benötigt.

Warum ist die CNC-Bearbeitung für Rohrgewinde wichtig?

Eine präzise Gewindebearbeitung ist entscheidend für die optimale Leistung von Rohrgewinden. Ihre Funktionsfähigkeit hängt maßgeblich von der Genauigkeit der Gewindeherstellung ab. Um Bearbeitungsfehler zu vermeiden, ist CNC-Bearbeitung unerlässlich. Sie erhöht die Zuverlässigkeit von Rohrgewinden, indem sie Abweichungen wie Winkelabweichungen oder Durchmesseränderungen minimiert.

Hohe Präzision

Präzision bedeutet, wie genau ein Objekt gemäß der Zeichnung gefertigt wird. Werden die engen Toleranzen bei den Bauteilmaßen konstant eingehalten, bedeutet dies hohe Präzision. Dank weitgehend automatisierter Bearbeitung sinkt die Wahrscheinlichkeit von Abweichungen von den Sollmaßen exponentiell, was zu nahezu perfekten Gewinden am Rohr führt.

Materialflexibilität

CNC-Maschinen können Gewinde in Rohren unabhängig vom Material – von Polymeren über Metalle bis hin zu Verbundwerkstoffen – präzise herstellen. Gängige Metallwerkstoffe sind Stahl, Edelstahl, Stahllegierungen usw.

Komplexe Geometrie

Komplexe Geometrien stoßen bei vielen herkömmlichen Bearbeitungsverfahren an ihre Grenzen. So ist beispielsweise die Hinterschnittbearbeitung mit traditionellen Schneidwerkzeugen sehr schwierig, während die CNC-Bearbeitung sie deutlich vereinfacht. Auch Gewinde an Rohren lassen sich mit CNC-Maschinen problemlos herstellen.

Standardkonformität

Für eine höhere Effizienz von Rohrgewinden gelten unterschiedliche Normen, beispielsweise ISO-Normen. Diese Normen schreiben sehr enge Toleranzen für die Gewindeabmessungen vor. Um diese Gewinde zu fertigen, ist ausschließlich CNC-Bearbeitung möglich.

Hochwertige

Die CNC-Bearbeitung gewährleistet, dass Rohrgewinde keine Spannungsspitzen oder Verformungen aufweisen. Um Abweichungen von den engen Toleranzen bei Durchmesser oder Winkel zu vermeiden, ist die CNC-Bearbeitung unerlässlich.

Wie kann Tuofa Rohrgewinde mit CNC-Maschinen herstellen?

Für hochwertige Rohrgewinde reichen CNC-Maschinen allein nicht aus. Ebenso wichtig sind Experten im Umgang mit CNC-Maschinen. Für Ihre Projekte, bei denen Präzision und Qualität entscheidend sind, bietet Ihnen Tuofa modernste CNC-Maschinen und erfahrene Bediener. Wir garantieren Ihnen die vollständige und termingerechte Erfüllung Ihrer Projektanforderungen zu marktgerechten Preisen. Wir erfüllen die Normen durch:

Technische Zeichnungsprüfung

Das Zeichnen von Rohrgewinden ist ein grundlegender Parameter für die Bearbeitung. Tuofa beschäftigt erfahrene Ingenieure, die die Zeichnung vor der Bearbeitung technisch prüfen, um eventuelle Probleme zu beheben.

Machbarkeitsprüfung

Bei Ihren Projekten achtet Tuofa nach dem Zeichnen darauf, ob Design und Material miteinander kompatibel sind, da sich jedes Material je nach Komplexitätsgrad der Geometrie unterschiedlich verhält.

Bearbeitungstechniken für Rohrgewinde

Bei Innengewinden in Rohren werden CNC-Gewindeschneidprozesse mit höchster Fachkompetenz durchgeführt, um Fehler zu vermeiden. Für Außengewinde an Rohren kommt das CNC-Drehverfahren zum Einsatz, um die engen Toleranzen gemäß den Normen einzuhalten. Darüber hinaus kann die CNC-Fräsbearbeitung zur Bearbeitung von Rohrgewinden verwendet werden , insbesondere wenn die Gewindegeometrie oder das Material das Drehen erschweren.

Qualitätskontrolle

Für die Qualitätsprüfung ist Tuofa mit modernsten Prüfgeräten ausgestattet. Zu diesen Geräten gehören:

• Koordinatenmessgerät
• Gewinderinglehre
• Kegellehre
• Gewindelehrdorn
• Optischer Komparator

Tuofa prüft Rohrgewinde gemäß Zeichnung, Gewindenorm und Funktionsanforderungen. Außengewinde werden mit geeigneten Gewinderinglehren, Innengewinde mit Gewindelehrdornen geprüft.

Fazit

Für Anwendungen wie Hydrauliksystemkomponenten, bei denen ein reibungsloser Durchfluss von Flüssigkeiten und Gasen unerlässlich ist, spielen Gewinde eine wichtige Rolle. Sie sind notwendig, um feste Verbindungen in den Systemen herzustellen. Obwohl sie sich hinsichtlich Geometrie und Normen unterscheiden, erfüllen sie alle denselben Zweck: Sie nehmen Druckkräfte auf und gewährleisten eine stabile Verbindung. Für die zuverlässige Funktion von Gewinden ist die Bearbeitung entscheidend. Daher wird die CNC-Bearbeitung häufig zur Herstellung von Gewinden eingesetzt.

FAQ:

Worin bestehen die Unterschiede zwischen NPT und NPTF?

• NPT: National Pipe Thread

Zum Abdichten wird Gewindedichtmittel benötigt.

• NPTF: National Pipe Thread Fluids

Für die Abdichtung ist kein Gewindedichtmittel erforderlich.

Sind NPT- und NPS-Gewinde kompatibel?

Nein, denn NPT ist ein Kegelgewinde, während NPS ein gerades Gewinde ist.

Was sind männliche und weibliche Gewinde?

Außengewinde an Rohren oder Schrauben, die in ein Innengewinde greifen, werden als Außengewinde bezeichnet. Innengewinde an Rohren oder Muttern, die ein Außengewinde aufnehmen, werden als Innengewinde bezeichnet.