NPT-Gewinde und ein Vergleich mit BSP-Gewinden

Das National Pipe Tapered Thread, kurz NPT-Gewinde, stellt einen bedeutenden Standard dar, der primär in Nordamerika Anwendung findet, um sowohl mechanische Verbindungen als auch hydraulische Dichtungen zu gewährleisten. Es handelt sich um eine der bekanntesten und am weitesten verbreiteten Verbindungsarten, bei der das Rohrgewinde selbst für die mechanische Festigkeit und die hydraulische Abdichtung sorgt. Diese Abdichtung wird in der Regel durch die Verwendung von Teflonband oder einer Gewindedichtmasse unterstützt. Die Konstruktion des NPT-Gewindes mit seinem konischen Außen- und Innengewinde ermöglicht eine feste und dichte Verbindung, die in zahlreichen industriellen Bereichen von entscheidender Bedeutung ist.

Die Anwendung von NPT-Gewinden erstreckt sich über ein breites Spektrum von Industrien, in denen die zuverlässige Übertragung von Flüssigkeiten und Gasen unerlässlich ist. Die Entwicklung standardisierter Rohrgewinde, zu denen auch das NPT-Gewinde gehört, reicht bis ins 19. Jahrhundert zurück. In den 1860er Jahren führte der amerikanische Ingenieur William Sellers ein System standardisierter Schraubengewinde ein, das die Grundlage für moderne Gewindestandards in den Vereinigten Staaten bildete. Diese Entwicklung war eine Reaktion auf das wachsende Bedürfnis nach Kompatibilität und Einheitlichkeit im Zuge der Industrialisierung.

Während das NPT-Gewinde in Rohrleitungen der nordamerikanischen Regionen weit verbreitet ist, kommt in Europa fast ausschließlich das BSP-Gewinde, auch als Whitworth-Rohrgewinde bekannt zum Einsatz. Dies hat historische Gründe, welche darauf zurückzuführen sind, dass das Gewinde im britischen Empire entstanden ist und bis heute in den Ländern des heutigen Commonwealth Anwendung finden.

Die technischen Grundlagen von NPT-Gewinden

Das charakteristischste Merkmal des NPT-Gewindes ist seine konische Form. Der Kegelwinkel beträgt 1 Grad und 47 Minuten (oder ungefähr 1,79 Grad) zur Mittelachse des Rohres oder des Fittings, was einer Verjüngung von ¾ Zoll pro Fuß entspricht. Diese Konizität ist entscheidend für die Funktionsweise des Gewindes, da sie beim Verschrauben eine zunehmende Verkeilung zwischen den Innen- und Außengewinden bewirkt. Ein weiteres wichtiges Merkmal ist der Gewindewinkel von 60 Grad sowie die flachen Gewindespitzen und -täler, die als Sellers-Gewindeform bekannt sind. Die Steigung des Gewindes wird in Gewindegängen pro Zoll (Threads per Inch, TPI) angegeben. Beispielsweise kennzeichnet die Angabe „1/2–14 NPT“ ein Rohrgewinde mit einem nominellen Innendurchmesser von 1/2 Zoll und 14 Gewindegängen pro Zoll.

Die Spezifikationen für NPT-Gewinde sind in der Norm ANSI/ASME B1.20.1 festgelegt. Diese Norm definiert die Abmessungen und die Prüfverfahren für NPT-Gewinde sowie für verwandte Gewindearten wie NPTR (National Pipe Taper Railing), NPSM (National Pipe Straight Mechanical) und NPSC (National Pipe Straight Coupling). Die Einhaltung dieser Norm gewährleistet die Konsistenz und Zuverlässigkeit von NPT-Gewinden, was für die Herstellung dichter und sicherer Verbindungen unerlässlich ist.

Innerhalb der Familie der NPT-Gewinde existieren verschiedene Varianten, die für spezifische Anwendungen entwickelt wurden. Das Standard-NPT-Gewinde (National Pipe Taper) ist ein konisches Gewinde, das für eine dichte Verbindung die Verwendung eines Dichtmittels erfordert. Eine Weiterentwicklung ist das NPTF-Gewinde (National Pipe Thread Fuel), auch als Dryseal-Gewinde bekannt. Dieses Gewinde wurde so konstruiert, dass es ohne zusätzliches Dichtmittel eine leckagefreie Verbindung ermöglicht. Dies wird durch präzise kontrollierte Gewindespitzen und -täler erreicht, die beim Verschrauben ineinandergreifen und eine formschlüssige Dichtung bilden. Das gewinde ist somit selbstdichtend. Im Gegensatz dazu steht das NPS-Gewinde (National Pipe Straight), ein paralleles Gewinde, das typischerweise für mechanische Verbindungen eingesetzt wird und zur Abdichtung Dichtungen oder O-Ringe benötigt. Neben diesen Haupttypen gibt es weitere Varianten wie NPSM, NPSC, NPTR, NPSH (National Pipe Straight Hose), NPSI (National Pipe Straight Intermediate) und NPSL (National Pipe Straight Locknut), die jeweils für spezielle Anwendungsbereiche vorgesehen sind.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Größenangaben bei Rohrgewinden sich auf den nominellen Innendurchmesser des Rohres beziehen und nicht direkt die tatsächlichen Abmessungen des Gewindes widerspiegeln. Bei konischen Gewinden wie NPT wird der Nenndurchmesser durch Messung am vierten oder fünften vollen Gewindegang ermittelt, um die sogenannte Handelsgröße zu bestimmen.

Unterschied zwischen NPT und BSP-Gewinde

Das British Standard Pipe (BSP)-Gewinde ist ein in Europa, Australien und vielen Ländern des Commonwealth weit verbreiteter Standard für Rohrverbindungen. Ähnlich wie NPT basiert auch BSP auf Handelsgrößen. Es existieren zwei Haupttypen von BSP-Gewinden: BSPP (British Standard Pipe Parallel) und BSPT (British Standard Pipe Tapered).

Die wesentlichen Unterschiede zwischen NPT- und BSP-Gewinden liegen in ihren technischen Spezifikationen. Ein zentraler Unterschied ist der Gewindewinkel: Während NPT-Gewinde einen Winkel von 60 Grad aufweisen, beträgt dieser bei BSP-Gewinden 55 Grad. Darüber hinaus unterscheidet sich die Form der Gewindespitzen und -täler. Bei BSP-Gewinden sind diese abgerundet (Whitworth-Gewindeform), während sie bei NPT-Gewinden flach und scharf sind. Obwohl die Gewindesteigung (TPI) bei einigen Größen ähnlich sein kann, gibt es bei vielen Größen deutliche Unterschiede, die eine Austauschbarkeit in der Praxis verhindern.

BSPP-Gewinde (auch als G- oder Gas-Gewinde bezeichnet) sind parallele Gewinde, bei denen Innen- und Außengewinde zylindrisch sind. Für eine dichte Verbindung ist hier die Verwendung einer Dichtung, eines O-Rings oder eines Dichtmittels erforderlich. BSPT-Gewinde (auch als R-Gewinde bekannt) hingegen sind konisch und ähneln in ihrem Konzept den NPT-Gewinden, weisen jedoch die bereits erwähnten Unterschiede in Winkel und Form auf. BSPT-Gewinde können durch das Zusammenwirken der konischen Gewindeflanken eine Abdichtung erzielen, wobei oft zusätzlich Dichtmittel wie z. B. Teflonband oder Dichthanf verwendet werden.

Aufgrund der signifikanten Unterschiede in Gewindewinkel, Form und oft auch in der Steigung sind NPT- und BSP-Gewinde im Allgemeinen nicht austauschbar. Der Versuch, ein NPT-Außengewinde in ein BSPP-Innengewinde einzuschrauben, führt in der Regel nach wenigen Umdrehungen zum Blockieren der Verbindung. Auch die Verbindung eines NPT-Außengewindes mit einem BSPT-Innengewinde ist problematisch und kann zu Undichtigkeiten und im schlimmsten Fall zum Versagen der Verbindung unter Druck führen.

NPT-Gewinde in Europa und Deutschland

In Europa, einschließlich Deutschland, sind BSP-Gewinde (sowohl parallel als auch konisch) der vorherrschende Standard für Rohrverschraubungen und -verbindungen. Diese Dominanz ist historisch bedingt und geht auf die Entwicklung des Whitworth-Standards im Vereinigten Königreich im Jahr 1841 zurück. Dieser Standard wurde schnell von vielen britischen Eisenbahngesellschaften übernommen und entwickelte sich zum nationalen Standard Großbritanniens. Seine Verbreitung in den britischen Kolonien und in vielen europäischen Ländern führte dazu, dass BSP-Gewinde auch heute in diesen Regionen weit verbreitet sind.

Im Gegensatz dazu sind NPT-Gewinde in Deutschland für allgemeine Sanitär- oder Rohrleitungsanwendungen nicht der Standard. Ihre Verwendung ist eher auf spezifische Industriezweige oder Anwendungen beschränkt, in denen Geräte oder Komponenten aus Nordamerika bezogen werden. Beispielsweise können NPT-Gewinde in der Öl- und Gasindustrie anzutreffen sein, wo häufig amerikanische Ausrüstung eingesetzt wird. Es kommt auch vor, dass Endverbraucher Pumpen oder Filter und anderes Material für den Einsatz im Poolbau, der Beregnung oder den Teichbau aus Amerika beziehen und diese Produkte mit entsprechenden Gewinden ausgestattet sind. Es ist daher wichtig, sich mit den Unterschieden der Gewinde vertraut zu machen, da BSP und NPT-Gewinde nicht miteinander kombinierbar sind.

Die unterschiedliche Verbreitung von NPT- und BSP-Gewinden in verschiedenen Regionen ist auf eine Reihe von Faktoren zurückzuführen. Dazu gehören die historischen Entwicklungen der Standardisierung in den jeweiligen Ländern, die Präferenzen der nationalen Normungsorganisationen (wie beispielsweise DIN in Deutschland, die oft ISO-Standards bevorzugen, welche häufig mit BSP-Gewinden übereinstimmen oder diese einschließen) sowie die bereits vorhandene Infrastruktur und der installierte Gerätepark, der primär auf BSP-Standards basiert. Diese etablierten Systeme und Präferenzen führen dazu, dass BSP-Gewinde in Europa und Deutschland weiterhin die erste Wahl für die meisten Anwendungen darstellen.

Anwendungsbereiche von NPT-Gewinden

Obwohl NPT-Gewinde in Europa nicht die primäre Wahl darstellen, sind sie in Nordamerika weit verbreitet und finden in zahlreichen Industriezweigen Anwendung. Im Bereich der Sanitärtechnik werden NPT-Gewinde häufig in Wohn- und Gewerbegebäuden zur Verbindung von Rohren, Ventilen und Armaturen für Wasser, Gas und andere Fluide eingesetzt. Auch in Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HVAC) sowie in der pharmazeutischen Industrie, beispielsweise in sterilen Rohrleitungssystemen, kommen NPT-Verbindungen zum Einsatz.

Eine bedeutende Rolle spielen NPT-Gewinde in der Öl- und Gasindustrie, wo sie zur Verbindung von Pipelines und Ausrüstung für die sichere und leckagefreie Übertragung von Kohlenwasserstoffen und anderen Fluiden verwendet werden. Darüber hinaus finden sie Anwendung in der chemischen Verarbeitung, der Wasseraufbereitung und in verschiedenen Arten von Industriemaschinen für den Transport von Flüssigkeiten und Gasen. Auch in hydraulischen und pneumatischen Systemen sowie in bestimmten Automobilanwendungen, wie beispielsweise in Kraftstoff- und Kühlmittelleitungen, können NPT-Gewinde anzutreffen sein. Im Baugewerbe werden sie für die Verbindung von Versorgungsleitungen und sogar in elektrischen Leitungssystemen eingesetzt.

Die Fähigkeit von NPT-Gewinden, dichte und leckagefreie Verbindungen zu gewährleisten, ist besonders in Systemen, die mit Flüssigkeiten und Gasen unter Druck arbeiten, von entscheidender Bedeutung. Ihre Eignung für Hochdruckanwendungen und anspruchsvolle Umgebungen, wie beispielsweise bei hohen Temperaturen oder in korrosiven Medien, macht sie zu einer zuverlässigen Wahl in vielen industriellen Bereichen. Insbesondere NPTF-Gewinde bieten den Vorteil einer trockenen Abdichtung ohne die Notwendigkeit von Dichtmitteln, was in kritischen Anwendungen wie Hydraulik- und Kraftstoffsystemen von großem Nutzen sein kann.

NPT-Gewinde abdichten

Standardmäßige NPT-Gewinde benötigen in der Regel ein Dichtmittel, um eine druckdichte Verbindung zu gewährleisten. Dies liegt daran, dass zwischen den Gewindespitzen und -tälern ein geringer Spalt verbleiben kann, der zu spiralförmigen Leckagen führen könnte, indem das Medium über den Kapillareffekt durch die Gewindegänge hindurch nach außen treten kann. Häufig verwendete Dichtmittel sind Teflonband (PTFE-Band) und Gewindedichtpaste (Dichtungsmasse). Teflonband wird in der Regel ein bis zwei Mal im Uhrzeigersinn um das Außengewinde gewickelt, beginnend ein bis zwei Gewindegänge vom vorderen Ende entfernt. Siehe hierzu auch: Gewindefittings abdichten. Gewindedichtpaste wird auf die Gewindegänge aufgetragen, um Hohlräume zu füllen und eine dauerhafte Abdichtung zu erzielen. Für spezielle Anwendungen können auch anaerobe Dichtmittel eingesetzt werden. Die Wahl des geeigneten Dichtmittels hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie beispielsweise der Materialkompatibilität, dem Betriebsdruck und der Temperatur.

NPTF-Gewinde bieten den Vorteil, dass sie durch eine spezielle Konstruktion der Gewindespitzen und -täler eine metallische Dichtung durch Presspassung erzeugen und somit in vielen Fällen kein zusätzliches Dichtmittel benötigen. Allerdings wird oft ein Schmiermittel verwendet, um die Montage zu erleichtern.

Für eine korrekte Installation und Abdichtung von NPT-Gewinden ist es wichtig, einige bewährte Praktiken zu beachten. Beim Anbringen von Teflonband sollte auf die richtige Wickelrichtung und die Anzahl der Wicklungen geachtet werden. Das Anzugsdrehmoment sollte angemessen sein, und die Anzahl der vollständig eingegriffenen Gewindegänge sollte in der Regel zwischen 3,5 und 6 liegen, um ein Über- oder Unterdrehen zu vermeiden. Die Verwendung von zu viel Dichtmittel sollte vermieden werden, da dies zu Problemen führen kann. Nach der Montage einer NPT-Gewindeverbindung empfiehlt es sich, eine Dichtigkeitsprüfung durchzuführen, bevor das System in Betrieb genommen wird.