Steigung bei mehrgängigen Gewinden 25.11.2008, 10:35

Verschlussgewinde bei Mineralwasserflaschen, Saftflaschen, Zahnpastatuben usw. weichen wegen ihrer Mehrgängigkeit von Normalgewinden ab. Da solche Teile leicht zu beschaffen sind, eignen sie sich für die Behandlung im Technikunterricht.

Gewinde

Gewinde erfüllen grundsätzlich zwei einander entgegenstehende Aufgaben: Mit ihrer Hilfe lassen sich Bauteile einerseits fest miteinander verbinden. Andererseits erlauben sie Bauteilen, sich zu bewegen.
Das am meisten verbreitete Befestigungsgewinde ist das metrische ISO-Gewinde (DIN 13), ein Spitzgewinde; das übliche Bewegungsgewinde ist das metrische ISO-Trapezgewinde (DIN 103). Bei beiden besteht das Gewinde aus einem kontinuierlich sich fortsetzenden, um einen Zylinder gewickelten Gewindegang.
Im Alltag begegnen wir oft Gewinden, die von dieser Beschreibung etwas abweichen. Wir denken an Verschlussgewinde bei Mineralwasserflaschen, Saftflaschen, Zahnpastatuben usw. (Bild).

 

Aufgaben

Der tec.Lehrerfreund weist den gestellten Aufgaben zwei Schwierigkeitsgrade zu: L für den Unterricht in Hauptschulen, S für den Unterricht in Berufsschulen, Realschulen und Gymnasien.

Schwierigkeitsgrad L
Du hast eine Flasche vor dir, deren Kappe mit weniger als einer halben Umdrehung die Flaschenöffnung dicht verschließt. Studiere das Gewinde und vergleiche es mit dem Gewinde einer normalen Schraube.
Beantworte folgende Fragen:
L1. Hat der Flaschenkopf einen kompletten, durchgehenden Gewindegang?   
L2. Wie viele nicht zusammenhängende Gewindegänge besitzt die Flasche?
L3. Warum wäre ein einziger Gewindegang bei gleicher Kappenhöhe nicht ausreichend?  
L4. Fertige ein Freihandskizze an. Sie soll zeigen, wie die am Flaschenkopf sitzenden, kurzen Gewindegangstücke aussehen, wenn man sie in der Ebene ausbreitet (in der Fachsprache würde man sagen: Skizziere eine Abwicklung). Eine stark vereinfachte Skizze genügt. Eine Hilfe dazu: Schneide oder säge einen Plastikflaschenkopf am Ende eines Gewindegangs auf. Biege ihn, eventuell mit Hilfe von heißem Wasser, in die Ebene.

Schwierigkeitsgrad S
S1: Beantworten Sie die Fragen L1 bis L4 aus dem Schwierigkeitsgrad L.
S2: Verfeinern Sie die Lösung L4 in folgender Weise:
Benutzen Sie die unten begonnene Skizze S2.

Fertigen Sie eine Zeichnung der Gewindegänge in Vorderansicht und Draufsicht so an, wie sie von außen zu sehen sind. Es genügt, wenn die Gänge als einfache, farbige Linien dargestellt sind. Zeichnen Sie daneben im gleichen Maßstab die Abwicklung der am Flaschenkopf vorhandenen Gewindegänge. Die Gewindegänge sollen sich dabei nicht überlappen, d. h. wo ein Gangstück endet, beginnt das nächste.
Erkenntnis zur Art des Gewindes? ___________________________________________________________
S3: Wenn man den Deckel zudreht, spürt man am Ende einen Widerstand. Er sorgt dafür, dass die Schraubkappe besser hält. Welche konstruktive Einzelheit erzeugt diesen Widerstand?

S4: Berechnen Sie den Steigungswinkel α (alpha) für ein Gewinde mit 40 mm mittlerem Gewindedurchmesser und 30 mm Steigung. Tragen Sie diese Maße zur Erläuterung der Berechnung in eine weitere Freihandskizze ein.

Lösungen

L1. Hat der Flaschenkopf einen kompletten, durchgehenden Gewindegang?   Nein
L2. Wie viele nicht zusammenhängende Gewindegänge besitzt die Flasche?      3
L3. Warum wäre ein einziger Gewindegang bei gleicher Kappenhöhe nicht ausreichend? Die Kappe würde sich beim Verschließen einseitig festziehen.
L4. Fertige ein Freihandskizze an. Sie soll zeigen, wie die am Flaschenkopf sitzenden, kurzen Gewindegangstücke aussehen, wenn man sie in der Ebene ausbreitet (in der Fachsprache würde man sagen: Skizziere eine Abwicklung).

 

 

S2:

Erkenntnis zur Art des Gewindes? Es handelt sich um ein dreigängiges Gewinde

S3: Wenn man den Deckel zudreht, spürt man am Ende einen Widerstand. Er sorgt dafür, dass die Schraubkappe besser hält. Welche konstruktive Einzelheit an der Kappe erzeugt diesen Widerstand?
Mindestens ein Gewindegang ist an seinem oberen Ende verdickt. Er erzeugt beim Einlaufen ins Flaschengewinde eine Klemmung.

S4: Die tan-Funktion ergibt: Steigungswinkel α = 14°19´