Historie der Schraubverbindung
Die Schraube ist eines der am häufigsten verwendeten Maschinenelemente, da in sehr vielen technischen Anwendungen eine lösbare Verbindung notwendig ist. Je nach Verwendungszweck unterscheidet man:
- Befestigungsschrauben die für alle Verbindungen von Bauteilen verwendet werden.
- Bewegungsschrauben zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine Längsbewegung oder zur Erzeugung größerer Kräfte z.B. an Spindelpressen.
- Verschlussschrauben zum Verschließen von Öffnungen, z.B. Ölablassbohrungen, Getriebe.
- Spannschrauben zur Erzeugung von Vorspannungen; z.B. am Spannschloss.
Viele Elemente des Maschinenbaus sind als Nachbildung der Natur entstanden. Es ist ungeklärt, ob auch bei der Schaffung der ersten Schraube der Mensch einem natürlichen Vorbild gefolgt ist. Eine in der Natur vorkommende Schraubenverbindung ist bis heute nur einmal von F. Reuleaux 1888 am Beingelenk des Hirschkäfers bemerkt worden. In der Technik werden Schraubenverbindungen aber schon seit einem wesentlich längeren Zeitraum benutzt, was uns zeigt, dass sie unabhängig von Vorbildern der Natur entwickelt wurden. Viele waren nicht damit einverstanden und haben nach wie vor die Meinung, dass Schraubenverbindungen nach natürlichen Vorbildern entwickelt wurden. Hier bleibt die Frage offen, ob die erste Schraube der Menschheit nach einem natürlichen Vorbild entwickelt worden ist oder nicht. /1/
Schrauben wurden am Anfang durch einen Draht spiralig um einen Zylindrischen Kern gewickelt und angelötet. Eine der bekanntesten Schrauben ist die „Archimedische Schraube“. Sie ist ca. 250 v.Chr. von dem griechischen Mathematiker Archimedes entwickelt worden (siehe Abb. 2-1).
Abb. 0 1 Archimedes Schraube /2/
Sie hat die Aufgabe, Flüssigkeiten von einem tiefen Niveau zu einem Höheren zu übertragen. Solche Bewegungsschrauben wurden auch bei den Römern in chirurgischen Instrumenten benutzt. Diese waren aus Bronze gefertigt, die Spindeln wurden vorgegossen und das Profil anschließend gefeilt. Eine sehr wichtige Anwendung der Bewegungsschrauben sind Spindeln von Pressen. Im Mittelalter wurden so zum Beispiel schon die Schrauben von Schmieden hergestellt. Diese wurden als Rohling geschmiedet, anschließend gefeilt und danach gehärtet.
Während der Renaissance und im Barock wurden die Schrauben in kleiner Anzahl als Maschinenelemente eingesetzt. Der berühmte Ingenieur Ramelli hat dabei die Bewegungsspindel revolutioniert. Die Spindeln wurden immer noch durch Metallguss und anschließendes Feilen hergestellt.
Nach Ramelli wurden die Gewinde mittels Matrizen in den Schraubenschaft gepresst. Ab ca. 1690 kamen die Schlitzschrauben und der zugehörige Schraubendreher auf den Markt.
Die Industrielle Revolution mit der Entwicklung der Dampfmaschine forderte mehr Schrauben, mechanische Einzelteile und mehr Genauigkeit von den Fertigungsverfahren. Schrauben und Muttern wurden bis jetzt einzeln gefertigt, das heißt jede Schraube und jede Mutter waren Handarbeit. Als die Mechanisierung fortschritt und das Eisenbahnwesen begann, war es notwendig eine Normierung für alle Maschinenteile – insbesondere Schrauben und Muttern – zu erschaffen.
Henry Maudslay hat im Jahr 1800 die Normierung von Gewinden in seiner Werkstatt eingeführt. Es folgten andere Normen für verschiedene Teile. Die Normierung hat eine große wirtschaftliche und technische Konsequenz. Schrauben wurden billiger und ohne Probleme an weiteren Stellen und Ländern austauschbar.