Skruvens Historia

Skruvar är något som all bygg- och maskinkonstruktion har gemensamt. De håller samman allt från småskruvar i elektriska tandborstar och gångjärn, till massiva bultar som säkrar betongpelare i byggnader. Men har du funderat över var de egentligen kommer ifrån?

Gängornas historia kan spåras till 400 f.Kr., men den viktigaste utvecklingen i dagens skruv- och bultprocesser har skett de senaste 150 åren. Experternas åsikter går isär när det gäller ursprunget för den anspråkslösa muttern och skruven. I sin artikel ”Nuts and Bolts” hävdar Frederick E. Graves att en gängad skruv med tillhörande mutter som fungerar som ett förband inte började användas förrän på 1400-talet. Han baserar sin slutsats på den första nedskrivna redogörelsen om skruvar som finns i en bok från tidigt 1400-tal.

Graves erkänner dock att även om den gängade skruven härstammar från 1400-talet, så fanns den ogängade skruven redan på romartiden då den användes till att ”regla dörrar, som svängtappar för att öppna och stänga dörrar och som spännkilar: en regel eller stång med en skåra i vilken en kil fördes in så att skruven inte kunde flyttas.” Han påstår även att romarna utvecklade den första skruven, och att den var gjord av brons eller till och med silver. Gängorna var handfilade eller bestod av en tråd som virades runt en stång och löddes fast.

Arkimedes skruv och vidare i historien

Enligt skruvexperten Bill Eccles forskning sträcker sig skruvgängornas historia mycket längre bakåt i tiden. Archimedes (287–212 f.Kr.) utvecklade skruvprincipen och använde den för att bygga anordningar som lyfte vatten. Vissa tecken tyder dock på att vattenskruven har sitt ursprung i Egypten långt före Archimedes. Den var gjord av trä och användes för konstbevattning och för att tömma fartyg på slagvatten. ”Men många anser att skruvgängan uppfanns ca 400 f.Kr. av den grekiske filosofen Archytas från Tarentum, som ofta har kallats mekanikens grundare och som var samtida med Platon”, skriver Eccles på sin webbplats.

Historien kan delas upp i två delar: själva gängorna härstammar från ca 400 f.Kr. då de användes exempelvis som spiraler för att lyfta vatten eller i druvpressar för att göra vin, och själva förbanden som har använts i ca 400 år. Om vi går framåt till 1400-talet använde Johann Gutenberg skruvar i fästpunkterna på sina tryckpressar. Tendensen att använda skruvar blev starkare i och med att användningsområdet började sträcka sig till föremål som klockor och pansar. Enligt Graves finns det flera ritningar på skruvtillverkningsmaskiner i Leonardo da Vincis anteckningsböcker från sent 1400-tal och tidigt 1500-tal.

Något de flesta forskare i ämnet är överens om är att det var den industriella revolutionen som fick fart på utvecklingen av muttern och skruven. Vid den tiden blev de en viktig komponent inom byggnad och konstruktion. Boken ”History of the Nut and Bolt Industry in America” av W.R. Wilbur kom ut 1905 och däri anges att den första maskinen för att tillverka skruvar och bultar gjordes av Besson i Frankrike 1568. Besson införde senare ett mätinstrument eller flänsar för svarvar i samband med skruvtillverkning. 1641 förbättrade den engelska firman Hindley of York anordningen och den började användas allt mer.

Skruvhistoria på museum

På andra sidan Atlanten i USA kan man hitta dokumenterad historia om skruven på Carriage Museum of America. Muttrar på fordon byggda i början av 1800-talet var plattare och mer fyrkantiga än på senare fordon, som hade muttrar med fasade hörn och skruvar utan försänkningar. Att tillverka skruvar under den här tiden var en besvärlig och mödosam process.

Till en början gjordes skruvgängor för förband för hand, men snart (eftersom efterfrågan snabbt ökade) var man tvungen att snabba upp produktions-processen.

1760 introducerade J. och W. Wyatt en fabriksprocess för massproduktion av skruvgängor i Storbritannien. Denna milstolpe ledde dock till en ny utmaning: varje företag gjorde sina egna gängor, muttrar och skruvar, så det fanns ett enormt utbud av skruvgängor i olika storlekar på marknaden, vilket var problematiskt för maskintillverkarna.

Inte förrän 1841 lyckades Joseph Whitworth komma fram till en lösning. Efter flera års forskning och insamlande av olika skruvar från många brittiska verkstäder föreslog han att skruvgängornas storlek skulle standardiseras i Storbritannien. På så vis kunde någon i exempelvis England tillverka en skruv och någon annan i Glasgow tillverka muttern, och de skulle ändå passa ihop. Hans förslag var att vinkeln på gängflankorna skulle standardiseras till 55 grader och att antalet gängor per tum skulle fastställas i förhållande till diametern.

Whitworth-gängan

Medan ärendet togs upp i Storbritannien försökte amerikanerna göra samma sak och började också använda Whitworth-gängan. 1864 föreslog William Sellers en 60-gradig vinkel på gängorna och olika gängstigningar beroende på diameter. Detta utvecklades till de amerikanska standardserierna för grova och fina gängor. En fördel amerikanerna hade över britterna var att deras gängor hade platta gängbottnar och -toppar. Det gjorde att de var lättare att tillverka än Whitworth-standarden med sina rundade gängbottnar och -toppar. Det visade sig dock att Whitworth-gängan presterade bättre i dynamiska tillämpningar och att dess rundade gängbotten gjorde att metallen inte utmattades lika snabbt.

Under första världskriget ledde de inkonsekventa skruvgängorna mellan olika länder till stora hinder för krigsresurserna – under ­andra världskriget blev problemet ännu större för de allierade. 1948 kom Storbritannien, USA och Kanada överens om en universell gängstandard (UTS – Unified Thread Standard) för alla länder som använde det brittiska måttsystemet. Det hade ungefär samma profil som de metriska DIN-gängor som utvecklades i Tyskland 1919, och var en kombination av det bästa från Whitworth-gängformen (den rundade gängbottnen som gjorde att materialet inte utmattades) och Sellers-gängan (60-gradig flankvinkel och platta gängtoppar). UTS-gängan hade dock en större gängbottenradie och det visade sig vara bättre än i gängor enligt den metriska DIN-profilen. Därför togs ISO M-gängan fram, och den används i alla industrialiserade länder i dag.

De som arbetar inom branschen har kunnat se vilken finjustering skruvarna har genomgått de senaste decennierna. – När jag började i branschen för 35 år sedan var en skruvs styrka inte lika korrekt fastställd som den är i dag, minns Eccles. Tack vare moderna metriska egenskapsklasser och nya uppdateringar av relevanta ISO-standarder har beskrivningen av en skruvs styrka och vilka testmetoder som används för att fastställa dess egenskaper definierats mycket bättre.

I och med att råmaterialindustrin har blivit alltmer avancerad har skruvarna börjat tillverkas i mer exotiska material än stål för att uppfylla branschens nya krav.

De senaste 20 åren har utvecklingar skett med nickelbaserade legeringar som kan användas i miljöer med höga temperaturer som turbo-kompressorer och -motorer där stål inte fungerar lika bra. I aktuell forskning riktas fokus mot skruvar av lättmetall som aluminium, magnesium och titan. Dagens skruvsäkringsteknik har utvecklats mycket sedan den tid då skruvar och bultar tillverkades för hand och kunderna bara kunde välja muttrar och skruvar i vanligt stål. I dag har företag som Nord-Lock gjort otroliga förbättringar inom skruvsäkringstekniken, och ett exempel är killåsningssystemet. Kunderna kan välja förmonterade zinkbelagda brickor eller brickor i rostfritt stål, hjulmuttrar för plana stålfälgar eller kombiskruvar, som specialanpassas för olika tillämpningar. Förvärvet av det amerikanska företaget Superbolt Inc. och det schweiziska P&S Vorspannsysteme AG (i dag Nord-Lock AG) har utökat Nord-Locks sortiment med skruvsäkringsprodukter som används i tung industri, exempelvis offshore, energi och gruvdrift, och gjort att Nord-Lock kunnat ta ännu ett stort kliv mot att bli världsledande inom skruvsäkring.

Dessutom är tonvikten på att analysera förband mycket större. – Förr brukade valet av en viss förbandsstorlek bara baseras på erfarenhet. Och förhoppningsvis fungerade det, förklarar Eccles. Nu för tiden fokuserar man mer på analyser och ser till att allt fungerar innan produkterna tillverkas och skickas ut på marknaden.