Schroefdraad

Diverse spoedmeters. Dit zijn meetinstrumenten voor de draadafstand

Voorbeeld waarbij zowel rechtse als linkse schroefdraad op één as wordt gebruikt

Spanwartel met linkse en rechtse draad

Edison-schroefdraad van een gloeilamp

Schroefdraad is de spiraalvormige rug of verhoging aangebracht op bijvoorbeeld een bout en respectievelijk in een moer, die dan samen worden gebruikt om twee voorwerpen met een draaiende beweging aan elkaar te bevestigen door klemming. Men beschouwt de spiraalvorm op houtschroeven niet als schroefdraad.

De Brit Sir Joseph Whitworth is de uitvinder van de universele schroefdraad (1841). Later is deze tot British Standard verheven.

Het maken van schroefdraad

Schroefdraad kan worden gerold, gesneden of gegoten.

• Het rollen gebeurt machinaal. Op industriële schaal wordt schroefdraad meestal gemaakt door een staaf gloeiend heet metaal tussen twee gegroefde rollen of platen te walsen. Dit gebeurt meestal vóór het harden van het materiaal. Schroefdraad kan ook aangebracht worden door "koudvervormen". Schroefdraad rollen verhoogt bij materialen met een kristalstructuur - zoals staal - de trekvastheid (de sterkte) van het product ten opzichte van schroefdraad snijden. De interkristallaire krachten blijven hierbij behouden, waardoor de draad minder vlot afschuift.
• Schroefdraad snijden doet men industrieel op een freesbank of een draaibank. Daarnaast met de hand op verschillende manieren voor buitendraad en binnendraad:
  • Om een uitwendige schroefdraad, bijvoorbeeld om een stukje draad op een as te maken heb je een snijblok of een snijmoer nodig. Een snijmoer is handig om op karwei even snel een beschadigde draad te herstellen: in plaats van een wringijzer kan op een snijmoer een (verstelbare) sleutel gezet worden. In de geharde moer of het blok neemt de binnendiameter van de schroefdraad van onder naar boven af, waardoor de volle draad ontstaan is als de as boven het snijblok of de snijmoer uitkomt.
  • Voor het maken van een inwendige schroefdraad waren vroeger drie verschillende tappen nodig: schroefvormige voorwerpen, op elke tap en per tap oplopend in buitendiameter. De eerste tap heeft één ingegraveerde ring onder het aandrijfvierkant, de tweede tap twee en de laatste tap geen. Door ze op volgorde te gebruiken, maakte de derde tap uiteindelijk de gewenste volle schroefdraad. Modernere materialen hebben het mogelijk gemaakt dat het tappen in één keer gebeurt. Zulke moderne tappen zijn iets langer, waar dan wel ruimte voor moet zijn.
  • Zowel snijblokken, snijmoeren als tappen plaatst men in een wringijzer. Het wringijzer voor een snijblok of snijmoer heeft alleen een schroef om het blok of de moer erin vast te zetten. Het wringijzer voor tappen heeft een gehard vast en een schuivend blokje, waar de tap tussen geklemd wordt.
• Bij goedkoop zamak (legeringen met zink als belangrijkste component) treft men nog wel eens gegoten schroefdraad aan. De beide helften van de gietmal bevatten dan een helft (in lengterichting) van de in- of uitwendige draad. Deze verbindingen zijn niet bestand tegen frequent in- en uitdraaien, maar worden wel gebruikt in de meubel- en autoindustrie om handgrepen en dergelijke eenmalig mee te bevestigen.

Bij het snijden en tappen moet, net als bij andere verspanende bewerkingen, snijolie gebruikt worden, voor het verkrijgen van een scherpe en niet gekartelde draad.

Soorten en maten

Van boven naar beneden: opengezaagde metrische draad in een kunststof bout en moer, BSPT-draad op een bronzen pijpfitting, BSP-draad op roestvast staal

Spindel van een steenkraan met trapeziumvormige draad

De meest voorkomende schroefdraad is die waarbij de schroef naar beneden beweegt wanneer hij met de wijzers van de klok mee gedraaid wordt (rechtsdraaiend). Er zijn soms echter goede redenen om linksdraaiende schroefdraad toe te passen, zoals bij de linkse trapper van een fiets of bij de bevestiging van een vliegwiel op een krukas, omdat de trapper of moer door de bewegingsrichting anders losdraait. Een spanwartel (zie foto 3) werkt bijvoorbeeld alleen als de schroefdraad aan de beide uiteinden van tegengestelde draairichting is.

De termen draads en tegendraads worden soms wel eens gebruikt om respectievelijk rechtsdraaiend en linksdraaiend aan te duiden. Maar dit kan verwarring veroorzaken. Tegendraads draaien kan namelijk ook betekenen: andersom proberen te schroeven dan de schroefdraad de facto loopt. Dus bij een rechtsdraaiende schroefdraad linksomdraaiend vast proberen te schroeven.

Er zijn twee belangrijke maten bij een schroefdraad:

• de diameter;
• de spoed: dit is de verplaatsing langs de as per omwenteling.

De verhouding tussen diameter en spoed liggen voor de meeste toepassingen vast, maar voor sommige toepassingen moet een andere (meestal fijnere) spoed worden gebruikt. Het bepalen welke spoed nodig is, kan lastig zijn. Om een setje van een bout en moer bij elkaar te zoeken kan je een spoedmeter gebruiken. Dit is een simpel stukje plat metaal (1-2 mm dik) met daarin de exacte maatafstand van diverse soorten draad. Op de bovenste foto zijn duidelijk een paar inkepingen te zien die uiteindelijk exact (!) over een bepaalde spoed heen komen te liggen. Op de spoedmeter staat welke maat het is. Nu kan je een bijpassende moer of bout zoeken of maken.

Er bestaan verschillende soorten schroefdraad.

• De zgn. 'metrische' schroefdraad wordt tegenwoordig het meest gebruikt. De maten zijn afgeleid van de millimeter. De aanduidingen van metrische schroefdraad beginnen met de hoofdletter M en zijn vastgelegd door de International Organization for Standardization (ISO).
• Voor schroefdraad op buizen en aanverwante apparatuur (appendages) wordt vaak BSP (British Standard Pipe) draad gebruikt, vaak in BSPT uitvoering (waarbij de T staat voor taper, ofwel conische schroefdraad) En in gespecialiseerde industrie zoals de offshore, wordt in Nederland voor pijpsystemen ook de Amerikaanse NPS en NPT draad (National Pipe thread, respectievelijk Straight en Taper) toegepast.
• In Engelstalige landen wordt nog wel (maar steeds minder) UTS (Unified Thread Standard) en BSW (British Standard Whitworth) gebruikt.

Er bestaan speciale vormen van schroefdraad met speciale doelen.

• Zo is er de Edison-schroefdraad die wordt gebruikt om gloeilampen in te draaien; deze is zo ontwikkeld, dat hij altijd past en nooit scheefloopt.
• Schroefdraad voor flesdoppen.
• Schroefdraad voor potdeksels.
• Schroefdraad voor gebruik in mechanische klokken en horloges.
• Uiterst nauwkeurige schroefdraad voor micrometers en andere mechanische meetinstrumenten.
• Een schroefdraad met kleine spoed wordt in de montage aangeduid met "fietsenmakersdraad".
• Trapeziumvormige schroefdraad, o.a. toegepast bij een steenkraan, een hijskraan in molens voor het verplaatsen van molenstenen.

Wrijving

Schroefdraad die voor bevestiging dient, moet genoeg wrijving hebben om losdraaien te voorkomen of moet met een borgingsmiddel vastgezet worden. Er bestaat echter ook schroefdraad voor het omzetten van een draaiende in een lineaire beweging of omgekeerd. Deze moet juist zo weinig mogelijk wrijving hebben. Om dit te bereiken heeft dergelijke schroefdraad een rechthoekig profiel.

Werking

Aandraaien van een moer met een moersleutel. Bij aandraaien treedt krachtversterking op met een factor L/d

De hellingshoek van een schroefdraad vertaalt rotatie van bout of moer naar kracht.

Krachtversterking treedt op bij het gebruik van een steeksleutel op een schroef of moer. Moment F_s × L [Nm] werkt als een aandraaikoppel F_k × d [Nm] op de schroefverbinding. Omdat L groter is dan d, treedt er krachtversterking op ter grootte van L/d.

Bij het aandraaien van een moer dwingt men als het ware de moer tegen de flauwe helling van de spoed van de schroefdraad op. Deze "hellings-"hoek wordt de spoedhoek genoemd. (Voorbeeld: bij een metrische schroefdraad M6is de spoed 1 mm per omwenteling; de spoedhoek is ca. 3 graden.) Het op een moer uitgeoefende koppel resulteert in een aandraaikracht F_k ter plaatse van de schroefdraad. In het geval van een vrijwel wrijvingsloze schroefdraad veroorzaakt de schroefdraad een kracht F_l loodrecht op de schroefdraad. F_l kan worden ontbonden in een spankracht F_b in de bout (wat meestal het doel zal zijn) en een kracht F_r die de moersleutel tegenwerkt. Kracht F_b wordt relatief groter bij een kleinere spoedhoek α; F_b is omgekeerd evenredig met de tangens van hoek α. Met een gemiddelde schroefdraadverbinding wordt een krachtvermenigvuldiging met een factor 20 of 30 gerealiseerd. In praktisch alle gevallen zal de moersleutel tevens aanzienlijke tegenwerking ondervinden door wrijving van de langs elkaar wrijvende vlakken van de schroefdraad van bout en moer. Dit is nadelig voor het aandraaien van een schroefdraadverbinding, maar het is er tevens de oorzaak van, dat een moer niet los gaat wanneer het koppel van de sleutel wordt verwijderd. Een fijne schroefdraad met kleine spoed loopt grosso modo een kleinere kans om los te gaan dan een grove draad met een grote spoed. Omdat de totale krachtversterking evenredig is met het product van L/d (moersleutel) en van 1/(tangens α)(van de schroefdraadspoed), kan de trekkracht op een bout gemakkelijk worden onderschat. De schroefdraad kan dan tot over de vloeigrens worden belast, waardoor er blijvende vervorming of breuk optreedt.

Toepassing

Enkele toepassingen van schroefdraad zijn:

• als bevestigingsmiddel (bouten en moeren);
• bij het bevestigen of verlengen van buizen;
• Schroef van Archimedes, een pomp;
• voor lineare actuatie in werktuigen en gereedschappen.

Externe link

• Schroefdraadstandaarden