Schraube

Hintergrund

Schrauben sind Teil einer Familie von Befestigungselementen mit Gewinde, die Schrauben und Bolzen sowie Spezialschrauben wie Zimmermannsholzschrauben und die Kfz-Kopfschraube umfasst. Die Gewinde (oder Rillen) können rechts- oder linksgängig, konisch, gerade oder parallel verlaufen. Es gibt zwei Arten von Schrauben, Maschinen- und Holzschrauben. Beide sind aus Metall, jedoch hat die Maschinenschraube einen konstanten Durchmesser und wird mit Muttern verbunden, während die Holzschraube konisch ist und auf die eigentliche Holzoberfläche greift.

Verlauf

Auch wenn das Konzept der Schraube auf etwa 200 v. Chr. zurückgeht. , die eigentliche heute bekannte Metallschraube wurde erst in der Renaissance entwickelt. Frühe Schrauben mussten handgefertigt werden, also waren keine zwei Schrauben gleich. Der zeitaufwendige Prozess des manuellen Feilens der Gewinde in die Schraubenform machte eine Massenproduktion und einen Einsatz praktisch unmöglich. 1586 ebnete die Einführung der ersten Schraubenschneidmaschine durch Jacques Besson, Hofingenieur von Karl IX. von Frankreich, den Weg für weitere Innovationen.

Inspiriert von früheren Designern und Herstellern von wissenschaftlichen Instrumenten wie Mikroskopen, waren Uhrmacher und Büchsenmacher wegweisend im Design von Schraubenschneidmaschinen. 1760 meldeten Job und William Wyatt, zwei englische Brüder, das erste automatische Schraubenschneidgerät zum Patent an. Ihre Maschine konnte 10 Schrauben pro Minute schneiden und galt als einer der Vorläufer der Massenproduktionsmaschinen.

Zu Beginn des 19. Jahrhunderts entwickelte der Engländer Henry Maudslay das noch heute gebräuchliche Verfahren der Schraubenherstellung. Seine Maschine war die erste kraftbetriebene Schraubendrehmaschine. In den USA baute David Wilkinson zeitgleich auch eine Schraubendrehmaschine und erhielt das erste amerikanische Schraubenpatent. Bald darauf folgten neue Innovationen. 1845 entwickelte Stephen Finch eine Drehbank mit Revolver und kurz nach dem Bürgerkrieg erfand Christopher Walker eine vollautomatische Drehmaschine.

Die erste Schraubenfabrik, Abom and Jackson, wurde 1810 in Rhode Island eröffnet. 1895 gründeten Schraubenhersteller in Amerika Gewerkschaften und forderten einen Mindestlohn von 1,75 Dollar pro Zehnstundentag für ein Mitglied und 1,25 Dollar für einen Lehrling. Zur Verbesserung der Effizienz wurden weiterhin kleinere Innovationen durchgeführt. John E. Sweet hat das schräge Gewindeschneidverfahren entwickelt, um einen ganzen Faden von einer Seite zu schneiden.

Heute wird die Schraubenbearbeitung durch das Gewindewalzen ersetzt. 1836 entwickelte der Amerikaner William Keane das Gewindewalzverfahren, hatte aber damals wenig Erfolg. Das zur Herstellung der gewindegewalzten Schrauben verwendete Eisenmetall war zu minderwertig und neigte beim Stanzprozess zum Splittern. Die letztendliche Notwendigkeit, Schrauben zu einem Bruchteil der Bearbeitungskosten in Serie herzustellen, führte zu einer Neubewertung und Etablierung der Gewindewalzfertigung von Schrauben.

Rohstoffe

Schrauben werden im Allgemeinen aus Stahldraht mit niedrigem bis mittlerem Kohlenstoffgehalt hergestellt, es können jedoch auch andere zähe und kostengünstige Metalle verwendet werden, wie beispielsweise Edelstahl, Messing, Nickellegierungen oder Aluminiumlegierungen. Die Qualität des verwendeten Metalls ist von größter Bedeutung, um zu vermeiden, dass Die Kaltstauchmaschine schneidet ein Stück Draht und macht zwei Schläge auf das Ende, wodurch ein Kopf geformt wird. In der Kopfstechmaschine werden die Schraubenrohlinge in die umlaufenden Nuten des Rades eingespannt. Ein Kreisschneider schlitzt die Schrauben, während sich das Rad dreht. knacken. Wenn die Schraube mit einem Finish versehen wird, muss es sich um ein kompatibles Make-up handeln. Stahl kann für zusätzlichen Schutz mit Zink, Cadmium, Nickel oder Chrom beschichtet oder plattiert werden.

Design

Bei einer eingängigen Schraube sind Steigung und Steigung identisch, bei einem Modell mit zwei Gewinden ist die Steigung doppelt so hoch und bei einem Dreifachgewinde dreimal so hoch. Die Steigung einer Schraube ist der Abstand zwischen zwei Gewindegängen (oder Nuten) von demselben Punkt auf jedem Gewindegang. Es wird auch häufiger als die Anzahl der Fäden pro Zoll oder Zentimeter bezeichnet. Die Steigung der Schraube misst, wie weit sie bei jeder Umdrehung eingedreht wird.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Die maschinelle Bearbeitung wird nur bei einzigartigen Designs oder mit Schrauben verwendet, die zu klein sind, um auf andere Weise hergestellt zu werden. Der Bearbeitungsprozess ist exakt, aber zu zeitaufwendig, verschwenderisch und teuer. Der Großteil aller Schrauben wird im Gewinderollverfahren in Massenfertigung hergestellt, und das ist das Verfahren, das näher beschrieben wird.

Kalte Überschrift

• 1 Draht wird von einer mechanischen Spule durch eine Vorrichtmaschine geführt. Der gerichtete Draht fließt direkt in eine Maschine, die den Draht automatisch auf eine bestimmte Länge schneidet und den Kopf des Schraubenrohlings in eine vorprogrammierte Form stanzt. Die Stauchmaschine verwendet entweder eine offene oder eine geschlossene Matrize, die entweder einen Stempel oder zwei Stempel benötigt, um den Schraubenkopf zu erzeugen. Die geschlossene (oder massive) Matrize erzeugt einen genaueren Schraubenrohling. Durchschnittlich produziert die Kaltstauchmaschine 100 bis 550 Schneckenrohlinge pro Minute.

Gewinderollen

• 2 Nach dem Kaltstauchen werden die Schraubenrohlinge aus einem Vibrationstrichter automatisch den Gewindeschneidwerkzeugen zugeführt. Der Trichter führt die Schneckenrohlinge über eine Rutsche zu den Werkzeugen und sorgt gleichzeitig für die richtige Zuführposition.
• 3 Der Rohling wird dann mit einer von drei Techniken geschnitten. Bei der Kolbenmatrize werden zwei Flachmatrizen zum Schneiden des Schraubengewindes verwendet. Eine Matrize ist stationär, während die andere sich hin- und herbewegt und der Schraubenrohling zwischen beiden gewalzt wird. Bei der Verwendung eines spitzenlosen zylindrischen Gesenks wird der Schraubenrohling zwischen zwei bis drei Rundmatrizen gewalzt, um das fertige Gewinde zu erzeugen. Das letzte Verfahren zum Gewindewalzen ist das Planeten-Rotationswerkzeug-Verfahren. Er hält den Schraubenrohling stationär, während mehrere Stanzmaschinen um den Rohling rollen.

  Fäden können auf verschiedene Weise in den Rohling geschnitten werden. Beim reziproken Verfahren wird der Schraubenrohling zwischen zwei Gesenken gewalzt. Beim zylindrischen Verfahren wird es in der Mitte mehrerer Walzen gedreht.

• Alle drei Methoden erzeugen höherwertige Schrauben als die maschinell geschnittene Variante. Denn das Gewinde wird beim Gewindewalzen nicht buchstäblich in den Rohling eingeschnitten, sondern in den Rohling eingeprägt. Somit geht kein Metallmaterial verloren und eine Schwächung des Metalls wird vermieden. Auch die Fäden sind genauer positioniert. Das mit Abstand produktivere Gewinderollverfahren ist das planetarische Rotationswerkzeug, das Schrauben mit einer Geschwindigkeit von 60 bis 2.000 Teilen pro Minute herstellt.

Qualitätskontrolle

Die National Screw Thread Commission hat 1928 einen Standard für Schraubengewinde zur Austauschbarkeit festgelegt. Darauf folgte 1948 eine internationale Vereinbarungserklärung, in der ein einheitliches Schraubengewindesystem angenommen wurde. Die Normen konzentrieren sich auf drei Hauptelemente:die Anzahl der Gewindegänge pro Zoll, die angegebene Steigung und Form des Gewindes und die angegebenen Durchmessergrößen. 1966 schlug die International Standards Organization (ISO) eine universelle Beschränkung von Gewinden auf metrische ISO- und Zollgrößenbereiche mit grober und feiner Steigung vor. Die Einhaltung der von der ISO vorgeschlagenen Standards war weltweit.