Menu Zavřeno

Historie šroubu

Na první pohled se šroub může zdát jako velmi jednoduchý předmět, který drží věci pohromadě. Pátrejte však trochu hlouběji a zjistíte, že za zdánlivě bezvýznamným šroubem a vrutem se skrývá více, než se na první pohled zdá. Bez nich by se všechna naše zařízení a stroje rozpadly na kusy.

Šrouby jsou jedním z nejběžnějších prvků používaných ve stavebnictví a při konstrukci strojů. Drží vše pohromadě – od šroubů v elektrických zubních kartáčcích a dveřních pantech až po masivní šrouby, které zajišťují betonové sloupy budov. Přesto, zastavili jste se někdy nad tím, kde se vlastně vzaly?

Ačkoli historie závitů sahá až do roku 400 př. n. l., k nejvýznamnějšímu vývoji moderních šroubů a vrutů došlo v posledních 150 letech. Odborníci se rozcházejí v názoru na původ skromné matice a šroubu. Frederick E. Graves ve svém článku „Nuts and Bolts“ (Matice a šrouby) tvrdí, že šroub se závitem a odpovídající matice sloužící jako spojovací prvek pochází až z 15. století. Tento závěr opírá o první tištěnou zmínku o šroubech, která se objevila v knize na počátku 15. století.

Graves však také uznává, že i když šroub se závitem pochází z 15. století, šroub bez závitu sahá až do římských dob, kdy se používal k „zamřížování dveří, jako čepy pro otevírání a zavírání dveří a jako klínový šroub: tyč nebo tyčka s drážkou, do které se vložil klín, aby se šroub nemohl pohybovat“. Naznačuje také, že Římané vyvinuli první šroub, který byl vyroben z bronzu, nebo dokonce ze stříbra. Závit se piloval ručně nebo se skládal z drátu navinutého na tyč a připájeného.

Podle výzkumu odborníka na šrouby Billa Ecclese sahá historie šroubového závitu mnohem dále. Archimédes (287 př. n. l. – 212 př. n. l.) vyvinul princip šroubu a použil jej při konstrukci zařízení na zvedání vody. Existují však náznaky, že vodní šroub mohl vzniknout v Egyptě ještě před Archimédovou dobou. Byl zkonstruován ze dřeva a používal se k zavlažování půdy a odvádění podpalubní vody z lodí. „Mnozí se však domnívají, že šroubový závit vynalezl kolem roku 400 př. n. l. Archytas z Tarentu, který byl často označován za zakladatele mechaniky a považován za Platónova současníka,“ píše Eccles na svých webových stránkách.

Historii lze rozdělit na dvě části: samotné závity, které se datují do doby kolem roku 400 př. n. l., kdy se používaly na předměty, jako je spirála na zvedání vody, lisy na hrozny k výrobě vína, a samotné spojovací prvky, které se používají již asi 400 let.

Přesuneme-li se do 15. století, Johann Gutenberg použil šrouby k upevnění svých tiskařských strojů. Tendence používat šrouby nabrala na síle a jejich použití se rozšířilo i na předměty, jako jsou hodiny a brnění. Podle Gravese obsahuje zápisník Leonarda da Vinciho z konce 15. a počátku 16. století několik návrhů šroubovacích strojů.

Většina badatelů zabývajících se tímto tématem se však shoduje na tom, že to byla průmyslová revoluce, která urychlila vývoj matic a šroubů a pevně je zařadila mezi důležité součásti ve světě strojírenství a stavebnictví.

V knize „History of the Nut and Bolt Industry in America“ od W. R. Wilbura z roku 1905 se přiznává, že první stroj na výrobu šroubů a vrutů vyrobil v roce 1568 Besson ve Francii, který později představil měřidlo nebo desku na řezání šroubů, jež se používala na soustruzích. V roce 1641 toto zařízení zdokonalila anglická firma Hindley z Yorku a začalo se hojně používat.

Na druhé straně Atlantiku v USA lze některé z doložených historií šroubů nalézt v Carriage Museum of America. Matice na vozidlech vyrobených na počátku 19. století byly plošší a hranatější než na pozdějších vozidlech, která měla na maticích zkosené rohy a na šroubech byla oříznuta rovina. Výroba šroubů v této době byla těžkopádná a pracná.

Zpočátku se závity šroubů pro spojovací materiál vyráběly ručně, ale brzy bylo vzhledem k výraznému nárůstu poptávky nutné výrobní proces urychlit.

V roce 1760 zavedli J a W Wyattovi ve Velké Británii tovární postup pro hromadnou výrobu šroubových závitů. Tento milník však vedl k dalšímu problému: každá společnost vyráběla své vlastní závity, matice a šrouby, takže na trhu existovala obrovská škála šroubových závitů různých velikostí, což způsobovalo výrobcům strojů problémy.

Ještě v roce 1841 se Josephu Whitworthovi podařilo najít řešení. Po letech výzkumu, kdy shromažďoval vzorky šroubů z mnoha britských dílen, navrhl standardizovat velikost závitů šroubů v Británii, aby například někdo mohl vyrobit šroub v Anglii a někdo v Glasgow matici a oba se k sobě hodily. Jeho návrh spočíval v tom, že úhel boků závitu byl standardizován na 55 stupňů a počet závitů na palec, měl být definován pro různé průměry.
Zatímco se tato problematika řešila v Británii, Američané se snažili postupovat podobně a zpočátku začali používat Whitworthův závit.

V roce 1864 navrhl William Sellers 60stupňový tvar závitu a různé stoupání závitu pro různé průměry. Z toho se vyvinula řada American Standard Coarse a řada Fine. Jednou z výhod, kterou měli Američané oproti Britům, bylo, že jejich tvar závitu měl ploché kořeny a hřebeny. To usnadňovalo výrobu oproti Whitworthovu standardu, který měl zaoblené kořeny a hřebeny. Bylo však zjištěno, že Whitworthův závit se lépe osvědčil v dynamických aplikacích a zaoblený kořen Whitworthova závitu zlepšoval únavové vlastnosti.

Během první světové války se nejednotnost závitů v různých zemích stala velkou překážkou válečného úsilí; během druhé světové války se stala ještě větším problémem pro spojenecké síly. V roce 1948 se Velká Británie, USA a Kanada dohodly na jednotném závitu jako standardu pro všechny země, které používaly imperiální míry. Používá podobný profil jako metrický závit DIN, který byl dříve vyvinut v Německu v roce 1919. Jednalo se o kombinaci toho nejlepšího z tvaru Whitworthova závitu (zaoblený kořen pro zlepšení únavových vlastností) a Sellersova závitu (úhel boku 60 stupňů a ploché hřebeny). Ukázalo se však, že větší poloměr kořene unifikovaného závitu je výhodnější než metrický profil DIN. Vznikl tak metrický závit ISO, který se dnes používá ve všech průmyslově vyspělých zemích.

Pracovníci v průmyslu byli v posledních desetiletích svědky mnoha vyladění šroubů. „Když jsem před 35 lety v oboru začínal, nebyla pevnost šroubů tak přesně definována jako dnes,“ vzpomíná Eccles. „Se zavedením moderních metrických tříd vlastností a nedávnými aktualizacemi příslušných norem ISO je nyní popis pevnosti šroubů a zkušební metody používané ke stanovení jejich vlastností mnohem lépe definován.“

S tím, jak se surovinový průmysl stal sofistikovanějším, změnila se DNA šroubů z oceli na jiné exotičtější materiály, aby vyhovovala měnícím se potřebám průmyslu.

Za posledních 20 let došlo k vývoji slitin na bázi niklu, které mohou pracovat v prostředí s vysokými teplotami, jako jsou turbodmychadla a motory, v nichž ocel nefunguje tak dobře. Nejnovější výzkum se zaměřuje na šrouby z lehkých kovů, jako je hliník, hořčík a titan.

Dnešní technologie šroubů urazila dlouhou cestu od dob, kdy se šrouby a vruty vyráběly ručně a zákazníci si mohli vybrat pouze ze základních ocelových matic a šroubů. V dnešní době řešení, jako je Nord-Lock, vynalezla významná zlepšení v technologii šroubů, včetně systémů s klínovým zámkem. Zákazníci si mohou vybrat předem smontované podložky s povlakem z pozinkovaných vloček nebo z nerezové oceli, matice kol určené pro ocelové ráfky s plochým povrchem nebo kombinované šrouby, které jsou přizpůsobeny pro různé aplikace. Společnost Superbolt přidává šroubové výrobky používané v těžkém průmyslu, například v pobřežních vodách, energetice a důlním průmyslu, a dělá tak velký krok k tomu, aby se stala světovou jedničkou v oblasti zajišťování šroubů.

V současné době je také kladen mnohem větší důraz na analýzu spojů. „V minulosti se lidé rozhodovali pro určitou velikost spojovacího materiálu pouze na základě svých zkušeností. A drželi si palce, aby to fungovalo,“ vysvětluje Eccles. „Dnes se lidé více zaměřují na analýzu a ujišťují se, že věci fungují, než jsou výrobky vyrobeny a odeslány na trh.“

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *