Schraubenverbindungen - Grundlagen, Berechnung, Eigenschaften, Handhabung

1 Einführung (S. 1)

1.1 Zur Geschichte der Schraube
Wie bei vielen technischen Bauteilen, z.B. Rädern, Propellern, Tragflügeln, Versteifungsrippen usw., finden sich auch beim Gewinde bzw. der Schraube in der Natur Vorbilder. Möglicherweise geht die Idee der Schraube auf eine an einem Pfahl oder einem Baumstamm sich spiralenförmig hochrankende Pflanze, z.B. eine Bohnenpflanze, zurück.

Geschichtlich ist der Beginn der Herstellung und Nutzung einer Schraube für technische Bedürfnisse nicht genau festzulegen. Die älteste bekannte Ausführung dürfte auf Archimedes (ca. 250 v. Chr.) zurückzuführen sein. Mit der sog. ,,Archimedischen Schraube" bzw. Schneckenspindel, die sich in einem schräg stehenden Rohr drehte, wurde Wasser auf ein höheres Niveau angehoben [1.1].

Derartige ,,Bewegungsschrauben" sind aus der Zeit der altgriechischen, römischen und ägyptischen Geschichte bekannt. Aber auch in Ostasien (China und Japan) benutzte man die Schraubenspindel als Förderelement. Als Werkstoffe dienten Holz und später zunehmend Metalle.

Im Gegensatz zur „Bewegungsschraube" steht die „Befestigungsschraube", mit der sich das vorliegende Buch befasst. Sie ist wohl ebenso alt wie die Bewegungsschraube, nur in der Anwendung der damaligen Zeit seltener zu finden. Sie wurde für Schmuck- und Gebrauchsgegenstände, für einfache medizinische Geräte sowie für Zeichen- und astronomische Instrumente aus Edelmetall hergestellt. Mit zunehmendem Einsatz von technischen Geräten, Werkzeugen, Uhr- und Räderwerken, Waffen, Rüstungen usw. hat sich der Anwendungsbereich der Schraube wesentlich erweitert.

Im Mittelalter war es vor allem Leonardo da Vinci, der in vielen Skizzen von Geräten, Werkzeugen, Maschinen und Waffen Anwendungsmöglichkeiten der Bewegungs- und Befestigungsschraube aufzeigte. Auch Agricola, wohl der bedeutendste Technologie-Schriftsteller des Mittelalters, hat wie auch andere zeitgenössische Naturwissenschaftler in vielen Text- und Bilddarstellungen auf Anwendungsmöglichkeiten der Schraube hingewiesen [1.1].

Gegen Ende des 17. Jahrhunderts entstanden mit zunehmendem Bedarf an Schrauben im Rheinland und in Westfalen die ersten Schraubenschmieden. Die benötigten Stückzahlen wurden durch Warmschmieden in Handarbeit gefertigt. Diese Schraubenschmieden waren die Vorgänger der gegen Mitte des 18. Jahrhunderts und mit der Industrialisierung im 19. Jahrhundert entstehenden Schraubenfabriken, in denen Schrauben bereits maschinell hergestellt wurden.

Im Jahre 1797 baute Maudslay die erste ,,automatische Drehbank", die eine Leitspindel besaß [1.1]. Gleichzeitig erschienen Fachveröffentlichungen, die sich mit der Herstellung von Schrauben aus Holz, Kupfer, Messing und Eisen befassten. In einer Buchreihe von Jakob Leupold ,,Theatrum Machinarum Generale" (1824) ging der Verfasser wohl erstmalig auf die hohe Tragfähigkeit von Schrauben aus Eisen und deren Prüfmöglichkeit ein.

Zu Beginn des 19. Jahrhunderts wurden die ersten Werkstoffprüfmaschinen entwickelt. Der ehemalige Leiter der Cramer-Klettschen Fabrik (Vorgängerin der heutigen MAN) in Nürnberg, Ludwig Werder, konstruierte die unter seinem Namen bekannt gewordene liegende Zugprüfmaschine. In dem von ihm geleiteten Werk wurden außer Lokomotiven, Wasserturbinen, Mühlen und Eisenbahnwaggons auch – was hier besonders interessiert – Maschinen zur Herstellung von Schrauben und Muttern gebaut.

Der technische Fortschritt in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts, insbesondere im Eisenbahnwesen, bei der Dampfmaschine und später in der Elektrotechnik, stellte ständig steigende Anforderungen an die Konstruktionselemente.