Over het algemeen is een schroefdraadverbinding een ideale methode om twee voorwerpen aan elkaar te bevestigen. Schroefdraadverbindingen zijn snel en gemakkelijk te maken, blijven demontabel en geven een relatief sterke verbinding. Voor een auto met zijn vele slijtagedelen is dat uiteraard van groot belang. Toch kent vrijwel iedereen die wel eens aan een auto heeft gesleuteld ook de nadelen van schroefverbindingen: corrosie (roest) van de schroefdraad veroorzaakt vastzittende bouten en moeren die slechts met grof geweld weer kunnen worden gelost. Of wat dacht U van stalen tapeinden van een uitlaatspruitstuk in een aluminium cylinderkop die bij de eerste poging om de uitlaatmoer los te krijgen, precies op de pakkingsvlak afbreken ? Elke (amateur) monteur kan hier ongetwijfeld nog vele sprekende voorbeelden aan toevoegen. Redenen genoeg dus om eens wat nauwkeuriger te kijken naar de eigenschappen van schroefdraadverbindingen. In het eerste gedeelte van dit artikel ga ik in op de verschillende soorten schroefdraden die er bestaan en op het herkennen van de in onze luchtgekoelde Volkswagens toegepaste metrische schroefdraad en de gebruikte sterkteklasses. In het tweede gedeelte van dit artikel, ga ik onder meer in op het borgen van bouten en moeren, het tappen van schroefdraden, het lossen van vastzittende bouten en moeren en het repareren van beschadigde schroefdraden.
Soorten schroefdraad
Schroefdraden zijn er in vele soorten en maten en voor elke toepassing is er in het verleden wel een specifieke schroefdraad ontwikkeld. Zo bestaat er bijvoorbeeld pijpdraad (pipe thread), rijwieldraad, Edisonschroefdraad (bijvoorbeeld E 27), engelse draad en gasdraad. Standarisatie en normalisatie hebben tot doel om orde in de chaos te scheppen en alle technische gegevens van een schroefdraad vast te leggen. Om schroefdraden van elkaar te kunnen onderscheiden worden deze aangeduid met codes (kenletters) zoals bijvoorbeeld M, MF en UNF. In tabel 1 worden de in de Europese, Amerikaanse en Engelse automobielindustrie meest gebruikte schroefdraadsoorten weergegeven.
In Nederland en Duitsland wordt hoofdzakelijk het zogenaamde metrische stelsel gebruikt. Dit houdt onder meer in dat voor gewicht de eenheid (kilo)gram wordt gebruikt, voor lengte de eenheid meter en voor tijd de eenheid seconde. Voor onze luchtgekoelde Volkswagens ontworpen volgens de in Duitsland geldende normen wordt dan ook vrijwel uitsluitend gebruik gemaakt van metrische ISO schroefdraad, aangeduid met de codes M (metrisch) en MF (metrisch fijn). In de ISO 965 norm en de NEN 3222 (M) en NEN 1870 (MF) is de vorm, bemating en toleranties van metrische binnen- en buitenschroefdraad precies vastgelegd.
Schroefdraden worden hoofdzakelijk gekarakteriseerd door de diameter, de spoed en de tophoek. In onderstaande figuur 1 is de vorm en afmeting van metrische binnen en buiten schroefdraad schematisch weergegeven.
Herkennen van metrische schroefdraden
Belangrijk om er achter te komen of we met een metrische schroefdraad te maken hebben is de zogenaamde tophoek (voor metrische draad is deze 60 graden) en de spoed (in figuur 1 aangegeven met P). Voor een metrische schroefdraad is de spoed gedefinieerd als de stijging (in mm) per gang. Metrische schroefdraden worden aangeven met de code M gevolgd door de nominale boutdiameter en de spoed. Zo betekent M8 x 1,25 dat we te maken hebben met bijvoorbeeld een bout met een nominale diameter van 8 mm en een spoed van 1,25 mm/gang. Evenzo betekent M6 x 1,00 dat we te maken hebben met bijvoorbeeld een bout van 6 mm nominale diameter en een spoed van 1,00 mm/gang.
De spoed kan worden gemeten met zgn. draadmaten of ook wel spoedmeters genaamd. Zie figuur 2.
Een draadmaat of spoedmeter is een metalen plaatje waarvan de lange kant voorzien is van inkepingen die de vorm van de schroefdraad met een bepaalde spoed hebben. Door het plaatje "in de schroefdraad te leggen" kun je bepalen of de draad dezelfde spoed heeft als op het plaatje aangegeven. Draadmaten zijn te koop in setjes met een spoed varierend van bijvoorbeeld 0,25 - 6,00 mm/gang.
Voor de meest gangbare diameters is in tabel 2 de spoed voor metrisch en metrisch fijne schroefdraad weergegeven. Voor metrische (groffe) draad is per diameter de spoed eenduidig vastgelegd (bijvoorbeeld M10 x 1,50) voor metrische fijne schroefdraad kan de spoed varieren (in dit geval M10 x 1,00 en M10 x 1,25).
Bouten en moeren met metrische (groffe) schroefdraad komen op onze luchtgekoelde Volkswagens verreweg het meeste voor. Metrisch fijne schroefdraden worden met name in de automobiel- en motorfietsindustrie toegepast en zijn over het algemeen beter bestand tegen "loslopen" als gevolg van trillingen. Daarnaast worden metrisch fijne schroefdraden toegepast op plekken waar fijnafstelling nodig is. Met name borgmoeren en kroonmoeren worden om deze reden vaak voorzien van metrisch fijne draad. Enkele voorbeelden van plaatsen waar in onze luchtgekoelde volkswagens metrisch fijne draad is c.q. kan zijn toegepast:
- De draadeinden van de as van (gelijkstroom)dynamo's;
- De borgbout van het stuur op de stuurstang;
- De bougiedraad (M14 x 1,25);
- De naaf(kroon)moeren;
- De draadeinden van de fuseekogels;
- De oliedrukzender (M10 x 1,00 conisch)
- De remleidingwartels (M10 x 1,00).
Sterkteklasses
Tijdens het ontwerp van een auto berekent de constructeur de belasting die de verschillende onderdelen te verduren krijgen. Aan de hand daarvan wordt onder meer bepaald wat de diameter en sterkteklasse van de gebruikte bouten en moeren moet zijn. Met name bij dragende chassisdelen of bij thermisch belaste onderdelen zoals motordelen worden vaak bouten en moeren met een hogere sterkteklasse toegepast. Bij vervanging of reparatie is het dus van belang om de gebruikte sterkteklasse van een bout of moer te herkennen en een met dezelfde sterkteklasse terug te plaatsen. Over het algemeen is het toegestaan om moeren met een hogere sterkteklasse dan de bijbehorende bout toe te passen.
Een groot deel van de mechanische sterkte van een bout of moer wordt bepaald door het materiaal waarvan de bout of moer is gemaakt. Over het algemeen zijn bouten en moeren voor onze luchtgekoelde volkswagens gemaakt van ongelegeerd of gelegeerd koolstofstaal en al dan niet voorzien van een corrosiebescherming, meestal elektrolytisch verzinkt of zgn. geel gepassiveerd. De hieronder genoemde sterkteklassen en identificatie daarvan gelden dan ook niet voor roestvast stalen bouten en moeren. RVS bouten en moeren worden op onze luchtgekoelde volkswagens vanwege het risico van spanningscorrosie niet veel toegepast.
De aanduiding van de sterkteklasse voor stalen bouten en schroeven bestaat uit een combinatie van twee getallen, gescheiden door een punt. Een typisch voorbeeld van een gangbare sterkteklasse is 10.9. Het eerste getal geeft 1/100 van de nominale treksterkte van de bout aan in N/mm2. Voor de klasse 10.9 is de treksterkte dus 10 x 100 = 1000 N/mm2. Het tweede getal geeft het tienvoud van de verhouding van de nominale vloeigrens (rekgrens) tot de nominale treksterkte aan. Bij een klasse 10.9 is dit dus 10 * (nom. rekgrens / nom treksterkte) = 9 . In dit geval is de nominale treksterkte 1000 N/mm2, en kan uit de formule de nominale rekgrens berekend worden en is in dit geval gelijk aan 900 N/mm2. Vermenigvuldiging van de beide getallen geeft 1/10 van de nominale rekgrens, in dit geval dus 9 * 10 = 90 N/mm2.
Er bestaan de volgende sterkteklasses waarbij de sterkte toeneemt naarmate de getallen hoger zijn.
Het is van belang is om de sterkteklasse van een bout of schroef te herkennen. Buitenzeskantbouten en binnenzeskantbouten (groter dan M5) moeten bij voorkeur op de kop van de bout zijn gemerkt met de sterkteklasse. Zie figuur 3a voor buitenzeskantbouten en figuur 3b voor binnenzeskantbouten.
Sterkteklassen groter dan 8.8 op tapeinden worden aangegeven met cijfercode of met de symbolen zoals aangegeven in figuur 4.
Naast de normale rechtse draad bestaat er ook linkse draad. Deze wordt meestal aangegeven met een linksomdraaiende pijl op de kop of op het uiteinde van de bout of door middel van een ril in de zijkant van de kop van de bout, zie figuur 4.
De aanduiding van de sterkteklasse voor stalen moeren met een nominale hoogte ( d.w.z. dat de hoogte groter of gelijk is aan 0,8 * D ) bestaat uit een getal dat overeenkomt met het eerste getal van de hoogste boutklasse waarmee de moer tot een bepaalde proefspanning kan worden belast zonder dat de schroefdraad in de moer afstroopt. Voor moeren met een nominale hoogte bestaan er sterkteklassen zoals aangegeven in tabel 4.
Zeskantmoeren van nominale hoogte met een diameter groter of gelijk aan M5 en met een sterkteklasse groter of gelijk aan 8 moeten op het draagvlak of op een sleutelvlak gekenmerkt zijn met de sterkteklasseaanduiding en het fabrikantenmerk. Hiermee is de sterkteklasse van de moer te herkennen, zie figuur 5a. Moeren met linkse draad zijn, analoog aan bouten met linkse draad, aangegeven met een linksomdraaiende pijl op het draagvlak of door middel van een ril, zie figuur 5b.
� Ir. Alfred Westenbroek
Metrisch (grof) M 60 mm
Metrisch (fijn) MF 60 mm
Unidraad grof UNC 60 inch
Unidraad fijn UNF 60 inch
Gasdraad (pipe thread) NPTF 60 inch
British Stdrd whitworth BSW 55 inch
British Stdrd pipe BSP 55 inch
British Standard fine BSF 55 inch
UNC = Unified National Course
UNF = Unified National Fine
Tabel 1: Meest gebruikte schroefdraadsoorten
