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Schraube

[417] Schraube, 1) Maschinentheil, welcher theils als Befestigungsmittel (Befestigungsschrauben), theils zur Übertragung der Bewegung (Bewegungsschrauben) dient. A) Bestandtheile der S-n. Jede S. besteht aus zwei Theilen, welche in ihrer Anwendung stets zusammenwirken müssen, nämlich Schraubenspindel u. der Schraubenmutter. a) Die Schraubenspindel (eigentliche S., auswendige S.), ist ein massiver Cylinder, Kern der S., um welchen prismatische Erhöhungen (die Gewinde od. Gänge der S) nach Art einer Schraubenlinie (s.d.) herumlaufen. Den Winkel, welchen ein Hang mit einer senkrecht zur Achse der Spindel gelegten Ebene einschließt, nennt man den Neigungswinkel; die in der Achsenrichtung gemessene Entfernung zweier benachbarter Windungen eines u. desselben Ganges nennt man die Ganghöhe, Höhe, od. Weite des Schraubenganges, Steigung des Gewindes; die Gangbreite dagegen ist die Breite der körperlichen Erhöhung u. nur mitunter der Ganghöhe gleich. Die Gangtiefe endlich mißt in radialer Richtung die Entfernung der Kernoberfläche von dem äußersten Punkte des Ganges. Die Gänge müssen überall gleiche Steigung u. gleichen Querschnitt haben u. die Spindel muß vollkommen gerade sein. b) Die Schraubenmutter (Mutter, Mutterschraube, inwendige S.), ist ein kürzerer prismatischer Körper, welcher so ausgehöhlt ist, daß die zugehörige Spindel genau in die Höhlung hineinpaßt; das Innere der Höhlung zeigt daher nicht erhabene (hohe), sondern vertiefte Gänge, welche genau dieselbe Steigung, Ganghöhe, Gangbreite u. denselben Neigungswinkel haben müssen, wie bei der zugehörigen Spindel; vgl. Leerer Gang. Häufig ist die Mutter nicht ein besonderes Stück, sondern das Muttergewinde ist in einem größeren Gegenstande eingearbeitet, z.B. wenn Stützen od. Träger in Platten eingeschraubt werden. Bei den Holzschrauben bildet sich die Mutter in dem Holzstücke, in welches sie eingeschraubt werden. Bei der Schraube ohne Ende aber bilden die Zähne od. Gänge des Rades die Mutter für die Spindel. B) Artender S-n. a) Hinsichtlich der Form der Gewinde unterscheidet man: aa) scharfgängige S-n; bei diesen ist der Querschnitt des über den Kern vorstehenden Ganges ein meist gleichschenkeliges Dreieck, welches mit seiner Grundlinie auf dem Kerne aufsitzt; häufig wird die Spitze des Dreiecks weggeschnitten u. zwar entweder mit einer Ebene, wodurch man trapezförmige Gänge erhält; od. man macht runde Gänge, d.h. man rundet sowohl die obere Spitze, als auch die scharfe Furche ab, in welcher sich die Seitenflächen der Gänge am Kern schneiden; bb) flachgängige S-n; bei diesen ist der Querschnitt des Ganges ein Rechteck, welches mit einer Seite auf dem Kerne aufsitzt; nur selten ist der Querschnitt quadratisch, gewöhnlich ist die Tiefe um ¹/₈ bis ¹/₄ größer als die Breite. Die Form des Gewindes ist auch für die Benutzung der S. von Wichtigkeit; da nämlich bei scharfgängigen S-n die Reibung verhältnißmäßig weit größer ist als bei flachgängigen, so werden erstere bes. als Befestigungsschrauben, letztere bes. als Bewegungsschrauben angewendet. Wo eine S. vielfach angezogen u. gelüstet werden muß, rundet man die scharfen Gänge ab od. macht sie trapezförmig. S-n, welche sich ihre Muttergänge in dem Gegenstande, in welchen sie eingeschraubt werden, erst selbst erzeugen sollen, erhalten ein sehr scharfes Gewinde mit dünnen, tiefen, scharfrandigen u. weit auseinander liegenden Gängen; so z.B. die meist aus Eisen od. Messing gefertigten Holzschrauben, welche gewöhnlich nach der Spitze hin sich kegelförmig verjüngen. Auf S-n von weniger als ³/₄ Zoll Durchmesser findet man selten flache Gewinde; S-n von 2 Zoll u. mehr Durchmesser dagegen sind in der Regel flachgängig. b) Die Feinheit einer S. bestimmt sich nach der Zahl der Gänge, welche auf einer gewissen Länge der Spindel vorhanden sind, nämlich entweder auf 1 Z. Länge od. auf einer dem Spindeldurchmesser gleichen Länge. Die zahlreichen Anwendungen der S-n machen sehr mannichfache Abstufungen der Feinheit nöthig; man hat S-n von 2 Zoll Ganghöhe u. auch S-n mit 100 Gängen auf 1 Z. Länge. Für den Maschinenbau bietet die S. ein ausgezeichnetes Befestigungsmittel, weil sich die Verbindung so leicht lösen u. wieder herstellen läßt; allein es ist für eine Werkstatt schwer od. doch umständlich, eine S. genau nach Muster zu fertigen, wenn sie nicht schon darauf eingerichtet ist; da aber bei Reparaturen sehr häufig S-n zu ergänzen sind, so schlug 1841 Joseph Whitworth in Manchester ein System von Befestigungsschrauben vor, welches von sehr vielen Werkstätten angenommen worden ist; die Gänge sind außen u. am Kern abgerundet u. bei einem Durchmesser von ¹/₄, ¹/₂, 1, 2, 4 od. 6 engl. Zollen kommen z.B. 20, 12, 8, 4¹/₂, 3, 2¹/₂ Gänge auf 1 Zoll Länge. c) Nach der Richtung der Gewinde unterscheidet man rechte u. linke S-n; die rechten sind allgemein üblich, die linken, bei denen sich die Gänge nach der entgegengesetzten Richtung um die Spindel winden, werden nur in den Fällen angewendet, wo rechte S-n nicht anwendbar sind, weil sie sich gegen die Absicht von selbst lüften würden, so z.B. die Muttern an der linken Seite der Wagenachsen. d) Rücksichtlich der Zahl der Gewinde unterscheidet man die gewöhnlichen einfachen S-n von den mehrfachen; bei ersteren bildet das ganze Gewinde der S., wenn man es sich abgewickelt denkt, einen einzigen Körper, alle Gänge bilden also nur eine einzige körperliche Schraubenlinie; bei den zweifachen, dreifachen S-n dagegen sind zwei od. drei solche Schraubenlinien vorhanden, u. zwischen je zwei benachbarten Windungen einer jeden dieser Schraubenlinien liegt je eine Windung der andern od. der beiden andern[417] noch vorhandenen u. auf denselben Kern aufgewickelten Schraubenlinien. Bei den mehrfachen S-n haben die Gänge eine größere Höhe, u. man wendet sie anstatt der einfachen an, weil sie besser aussehen u. vollkommener in einander greifen, als einfache mit großer Ganghöhe. Die S-n an den Pressen sind meist mehrfache, weil sie schon bei einer geringen Umdrehung ihre volle Wirkung ausüben u. nachher zurückspringen sollen. e) Nach dem Material sind die S-n entweder metallene od. hölzerne; aus anderen Materialen werben nur selten S-n verfertigt. Unter den Metallen verwendet man vorzugsweise Schmiedeeisen, zu feinen u. genauen S-n stahl; aus Messing fertigt man bisweilen Spindeln, häufiger Muttern aus Messing od. Rothguß. Hölzerne S-n werden vorzugsweise aus Weißbuche, kleinere auch Birnbaum, Apfelbaum, Buchsbaum etc. gefertigt; die hölzernen S-n baden verhältnißmäßig tiefere u. breitere Gänge. C) Wirkung u. Bewegung der S-n. Die S. ist eine Anwendung der Schiefen Ebene, denn jeder Gang läßt sich als eine um den Kern gewundene Schiefe Ebene betrachten, deren Höhe gleich der Ganghöhe u. deren Basis gleich dem Spindelumfange ist. Hält man nämlich z.B. die Mutter fest u. dreht die Spindel um ihre Achse, so erhält die Spindel zugleich eine geradlinige Bewegung in der Achsenrichtung, u. dabei gleitet die Spindel gleichsam mit ihren Gängen aus den Gängen der Mutter herab. Nach den Gesetzen der Schiefen Ebene verhält sich daher, wenn man die Reibung nicht berücksichtigt, die die S. umdrehende, zur Basis der Schiefen Ebene parallele Kraft zu dem zu jener Basis senkrechten, in Richtung der Spindelachse ausgeübten Drucke (Last), wie die Ganghöhe zum Umfange der Spindel; wirkt aber die Kraft nicht unmittelbar am Umfange der Spindel, sondern an einem Hebel, so hat man die an diesem vorhandene Übersetzung noch zu berücksichtigen, u. es tritt dann in der eben aufgestellten Proportion der Umfang des vom Hebelende beschriebenen Kreises an die Stelle des Spindelumfanges. Wenn man daher den Hebelarm groß, die Ganghöhe dagegen klein macht, so kann man die S. benutzen, um mit bedeutender Kraftersparung einen Gegenstand fortzubewegen, zu heben od. an einen andern anzupressen, wie dies bei den verschiedenen Schraubenpressen, dem Schraubenstock etc. geschieht. Freilich geht dabei an Zeit verloren, was man an Kraft gewinnt, die Kraft muß einen ebensovielmal größeren Weg zurücklegen als die Last. Wesentlich herabgedrückt wird aber die Wirkung der S. durch die bedeutende Reibung. Nun spielt aber die Reibung eine doppelte Rolle: so lange die Spindel umgedreht wird, muß die Reibung von der bewegenden (fördernden) Kraft überwunden werden, für diesen Fall ist also eine geringe Reibung erwünscht, u. man muß deshalb den Neigungswinkel, d.h. daß Verhältniß der Ganghöhe zur Spindeldicke, klein machen; sobald die S. aber einen Druck in ihrer Achsenrichtung ausübt, wirkt der Widerstand des zusammengeschraubten Gegenstandes rückwärts auf die Spindel u. sucht sie in der Achsenrichtung zu verschieben; bei Befestigungsschrauben soll die Reibung diese Verschiebung verhindern, u. man muß deshalb den Neigungswinkel so klein nehmen, daß seine Tangente kleiner od. höchstens gleich dem Reibungscoefficienten (s.u. Friction) wird; bei Schranbenpressen, Prägwerken etc. wünscht man dagegen, daß die S. nach Ausübung des Druckes von selbst zurückspringe, u. für diesen Fall muß die Tangente des Neigungswinkels größer als der Reibungscoefficient sein, die S. also große Ganghöhe haben. Die Schraubenbewegung besteht also in einer Drehung u. einer gleichzeitigen fortschreitenden Bewegung, u. zwar beträgt letztere bei jeder ganzen Umdrehung eine Ganghöhe. Wird die Mutter od. die Spindel ganz festgehalten, so treten beide Bewegungen all der Spindel od. der Mutter auf; ebensogut kam aber auch an der einen die drehende, an der andern die fortschreitende Bewegung erscheinen. Das letztere ist z. V. an Drehbänken u. überhaupt da der Fall, wo dir G. als Führungsschraube od. Leitspindel gebraucht wird, wobei eine drehende Bewegung mittels der S. in eine geradlinige umgesetzt wird. Ähnlich ist es meist bei den Stellschrauben, welche zur genauen Einstellung von Maschinen- od. Instrumenttheilen dienen. Die Schraubenbewegung wird so selbst zur genauen Abmessung u. Eintheilung von Längen benutzt; hat nämlich die S. m Gänge auf 1 Zoll, so bewegt sich die Mutter bei jeder Umdrehung der Spindel um ¹/_m Zoll fort, in u. man kann mit einer solchen Mikrometerschraube sehr seine Theilungen ausführen, wenn man durch einen mit der Spindel verbundenen Zeiger Bruchtheile einer Umdrehung erkennen kann. Dreht man Spindel u. Mutter zugleich in gleichem Sinne, aber mit verschiedener Geschwindigkeit, so entspricht die fortschreitende Bewegung nur der Differenz der Drehungsgeschwindigkeiten. Eine S., an welcher eine solche Bewegung vorhanden ist, nennt man eine Differentialschraube. Die Unidrehung der Spindel od. der Mutter erfolgt a) mittels der Hand; dann gibt man der Spindel einen Kopf, rändelt dreien ad, die Mutter am Umfange od. versieht sie mit lappenförmigen Ansätzen (dann Flügelschraube u. Flügelmutter); b) mittels eines Hebels, welcher auf verschiedene Weise mit dem Kopf der S. bleibend od. vorübergehend verbunden wird, so an Pressen, Schraubstöcken etc.; c) mittels eines Schraubenziehers, d.h. eines meißelartigen Werkzeuges, welches mit seiner stumpfen Schneide in einen Einschnitt im Spindelkopfe eingesetzt wird, so bes. bei den Holzschrauben; d) mittels eines Schraubenschlüssels od. Mutterschlüssels, d.h. eines hebelartigen Werkzeuges, waches entweder mit einer Höhlung über den vier- od. sechseckigen Kopf od. die Mutter gesteckt od. mit vorstehenden Stiften in Vertiefungen des Kopfes od. der Mutter eingesetzt wird. Um auf demselben Mutterschlüssel verschiedene Muttern anziehen u. lüften zu können, bringt man an ihm einen verstellbaren Theil an, welcher gegen einen festen Vorsprung hin bewegt, die Mutter zwischen diesem u. sich selbst fest klemmt; solche Schlüssel nennt man Universalschraubenschlüssel. Um eine Mutter gegen unbeabsichtigtes Los- od. Zurückgehen zu schützen, schraubt man über sie noch eine zweite Mutter (Stellmuner, Gegenmutter, Contremutter) aus die Spindel auf. D) Verfertigung der S-n. a) Die metallenen Muttern werden aa) gegossen; das Gießen der Muttern liefert kaum vollkommene Producte, es wird daher meist mit für größere Muttern in Anwendung gebracht; bb) gelöthet; auch das Lochen wird meist nur bei Schraubstockhülsen angewendet, indem man in die Höhlung eines Rohres ein vierkantiges Eisenstäbchen in Schraubenwindungen einbringt u. festlöthet; [418] cc) aus vier- od. sechsseitig geschmiedetem od. gehobeltem od: auf Mutterfräsmaschinen vier- od. sechskantig gefrästem Schmiedeisen geschnitten; man benutzt dabei einen Schraubenbohrer (Gewinde-, Schneid-, Mutterbohrer), d.i. eine stählerne, gehärtete S., von welcher vor dem Härten auf drei od. vier Seiten so viel weggefeilt ist, daß nur zunächst am Kopfe die Gänge unversehrt bleiben, nach dem anderen Ende hin aber immer breitere Stücken fehlen; der Bohrer wird mit diesem nur noch zahnförmige Spuren vom Gewinde enthaltenden Ende in das vorgebohrte runde Loch der Mutter gesteckt u. umgedreht, wobei die schneidenden Gewinde des Bohrers allmälig die vertieften Gänge der Mutter ausarbeiten. b) Die metallenen Spindeln werden aa) gegossen, indem man sie nach einem hölzernen od. schmiedeisernen Modell in Sand formt; so fertigt man nur große, flachgänge S-n, welche man dann noch nachschneidet; bb) im Gesenk geschmiedet, doch nur selten; cc) gefeilt; bes. bei Schrauben mit sehr steilen Gängen zeichnet man einen Schraubengang auf die Oberfläche eines abgedrehten Tylinders u. feilt nach diesem die Gänge aus: dd) geschnitten, u. zwar entweder in einem Schneideisen, od. einer Kluppe, od. auf der Drehbank, od. auf einer Schraubenschneidmaschine. Das Schraubenschneideisen (Schraubenblech) ist eine gebärtete Stahlplatte, welche eine Anzahl Löcher von verschiedener Größe u. mit Muttergewinden von verschiedener Feinheit enthält; durch eines dieser Löcher dreht man die zu schneidende Spindel. Die Schraubenkluppe (Schneidkluppe) ist ein mit zwei Handgriffen versehenes rahmenartiges Gestell, in dessen viereckiger Öffnung 2–4 Backen (Schneidbacken, Schraubenbacken) liegen, welche durch Stellschrauben einander genähert werden können; jeder Backen enthält einen mit Schraubengängen versehenen Bogen von 90–120°; zwischen den Backen wird die zu schneidende Spindel hindurch bewegt; die Backen selbst aber schneidet man mit einem Schraubenbohrer (dem Backen- od. Originalbohrer). Beim Schneiden auf der Drehbank bedient man sich eines Schraubstahles (s. Schraubeneisen 1); dabei steht entweder der Schraubstahl unbeweglich, u. man ertheilt der Drehbankspindel mit der zu schneidenden S. die drehende u. eine fortschreitende Bewegung, indem man einige Schraubengänge Patrone, Schraubenpatrone) auf der Bankspindel inbringt, welche sich auf einem Stück mit Filz belegten Hol; (Schraubenregister) eine Mutter bilden; od. man ertheilt der Spindel blos die drehende, dem Stahle dagegen aus freier Hand od. durch einen Mechanismus die fortschreitende Bewegung. Die Schraubenschneidmaschinen ähneln den großen Drehbänken od. Bohrmaschinen; die S. wird auf einer Laufspindel u. einem Reifstocke befestigt, von einer Riemenscheibe umgedreht u. dabei das Gewinde durch den Schneidstahl od. Zahn eingeschnitten, welcher auf einem Support befestigt ist u. mit diesem durch eine als Leitspindel dienende S. eine fortschreitende Bewegung erhält; beim Schneiden der Muttern befestigt man dieselben am Support u. spannt einen Cylinder mit Schneidzahn zwischen Laufspindel u. Reitstock ein. c) Die Holzschrauben werden gewöhnlich gegossen, wobei man sie dadurch formt, daß man fertige S-n in den Sand ein- u. wieder herausschraubt; doch schneidet man sie auch aus Draht auf einer Drehbank. d) Hölzerne S-n werden theils aus freier Hand mit dem Stemmeisen od. Stechbeutel ausgearbeitet, od. in einer Art Schneidzeug od. Kluppe mit dem Geißfuße ausgeschnitten od. auf der Drehbank geschnitten; die Muttern arbeitet man mit dem Stemmeisen auf der Drehbank od. mit einem Schraubenbohrer. 2) (Markscheider), so v.w. Pfriem 4); 3) S. des Archimedes, so v.w. Archimedische Wasserschraube; 4) so v.w. Propellerschraube; 5) so v.w. Mondschnecke.