(Bilde: Jørgen Skjelsbæk)

Kunsten å sammenføye

GJENGFAKTA

Trinnvis

Skrueentusiaster har kanskje lagt merke til at noen dimensjoner glimrer med sitt fravær. 7, 9, 11 og andre dimensjoner er vanskelige å få tak på. Det er rett og slett ikke hensiktsmessig å lage skruer i alle trinn. Det store spørsmålet har vært som utvalget skulle følge en geometrisk eller aritmetisk rekke, og man har landet på den geometriske. Det betyr at hullene i dimensjonsutvalget blir større og større etter hvert som dimensjonene gror.

Fine og grove gjenger

Det finnes standarder for fine og grove gjenger der sistnevnte er mye mer benyttet. I fingjenger går det langt flere gjenger per lengdeenhet, men det blir mye mindre gods i gjengene enn i de grove. Resultatet er at de er mye svakere, men de har sine anvendelser for eksempel i stillmekanismer.

Høyre og venstre

De aller fleste gjenger har en spiralform mot høyre, men i noen tilfelle kan ikke det brukes. Hvis slike gjenger skulle brukes til å feste venstre pedal på en sykkel ville den skru seg ut. Derfor benyttes gjenger som snor seg andre veien, mot venstre. Slike kaller vi links-gjenger.

Gjenger til alt mulig

Det florerer med ulike gjengestandarder. Den tyske DIN-normen, DIN 202 beskriver 35 ulike gjengeprofiler som omfatter gjenger for syltetøyglass, for lyspærer, for brusflasker, for sykkelventilhetter, for rør osv.

Gjenge

En gjenge i en maskinskrue kan betraktes som en langt metallstang med trekantet tverrsnitt som er viklet rundt en sylindrisk metallstang. Gjengestigningen er hvor mange gjenger det er plass til i lengderetningen.

Hvordan sammenføye materialer, spesielt slike som skal kunne tas fra hverandre igjen, har vært en utfordring i tusener av år. Spiker, liming, klinking og andre metoder er vel og bra, men best egnet for permanente konstruksjoner. Skruegjengen, derimot, har gjort det mulig å sette sammen maskiner og plukke dem fra hverandre igjen.

Vi har hatt skruer med gjenger og muttere i minst to tusen år. Vi vet at Heron i Alexandria, blant veldig mange innovative konstruksjoner, konstruerte et apparat for å skjære gjenger.

Et par hundre år tidligere fant Arkimedes opp sin skrue, som hadde spiralform, men som han brukte til å pumpe vann og ikke til sammenføyning. Den gangen var det ikke snakk om metall, men om tre.

Gjengede skruer av tre ble brukt i vin- og oljepresser og til andre anvendelser. Metallskruer kom ikke til Europa før på 1500-tallet.





Pionerene

Det var industrialderen og fremveksten av maskiner og metallkonstruksjoner på slutten av 1700-tallet som for alvor gjorde at behovet for gjenger utviklet seg.

Det var en møysommelig prosess å lage gjenger i maskinskruer den gangen. De måtte files for hånd. Det tok tid og ble ikke spesielt nøyaktig. Allerede Leonardo da Vinci hadde designet en dreiebenk beregnet på å skjære gjenger, men det ble med skissen. Sannsynligvis ble den ikke bygget.

Det ble gjort mange forsøk på å konstruere en gjengeskjæremaskin fra tidlig på 1700-tallet, men det var den engelske oppfinneren Henry Maudsley som i 1800 bygget den første moderne dreiebenken som gjorde det mulig å skjære gjenger.

Men selv om Maudsley gjorde et viktig arbeid var det kanskje enda viktigere at han tok Joseph Whitworth som assistent. Og Whitworth var gutten sin. Han oppfant en metode for å lage en helt plan flate i stål, noe som er helt fundamentalt for presisjonsmaskinering.

Så jobbet han sammen med Joseph Clements for å produsere Charles Babbages mekaniske datamaskin (the Difference Engine), og så etablerte han seg selv.

FOTO: Jørgen Skjelsbæk Jörgen Skjelsbæk

Første standard

Joseph Whitworths navn er for alltid forbundet med gjenger. Han var den første som gjennomførte en standardisert måte å lage gjenger på. Som den gode maskiningeniøren han var samlet han inn bolter fra hele England med ulike dimensjoner og utforming av gjengene.

Så benyttet han sine egne ideer og erfaringen med alle boltene som grunnlag for den nye standarden som kom i 1841. Helt sentralt i den nye Whitworth-gjengen var at den var trekantformet der grunnlinjen og høyden på gjengen var lik. Det ga en fast vinkel mellom gjengeflatene på 55 grader.

Dessuten standardiserte han hvor mange gjenger det gikk per tomme. Whitworth-gjengene representerte en dramatisk forbedring og ble raskt tatt i bruk i den nye og blomstrende jernbanesektoren hvor det fløt av gjengestandarder til stor fortvilelse for selskapene.

Med de nye skruene basert på Whitworths gjengestandard ble det slutt på kaoset og rundt 1860 var dette den aksepterte standarden i Storbritannia.





Mer kaos

Men selv om Whitworth-gjengene ble akseptert i Storbritannia ble det ikke universell lykke. Det florerte av standarder. Alle skulle ha sin. I Amerika løste de samme problem med som egen standard basert på 60 graders vinkel mellom gjengene som også var flate på topp og i bunnen, der Whitworth-gjengene var avrundet. En riktig dum idé som konsentrerte stress og gjorde boltene mer utsatt for brudd.

Selv om Whitworth var den mest utbredte standarden i Storbritannia så florerte det med ulike varianter. Den britiske motorsykkelindustrien hadde til og med sin egen gjengestandard: BMT-gjenger – British Motorcycle Threads.





Metrisk

De første gjengestandardene var tommebaserte, men på 1890-tallet dukket de metriske gjengene opp og de ble vedtatt som en del av SI-systemet på en kongress i Zürich i 1898.

I de metriske gjengene som er en ISO-standard er gjengeprofilet en likesidet trekant og det gir 60 grader mellom gjengeflatene.

De metriske gjengene var en av de første standardene som ISO – International Organization for Standardization vedtok da de etablerte seg i 1947.





Tommer

Sakte, men sikkert har det metriske gjengesystemet som har slått gjennom, selv om man fremdeles sverger til tommer i amerikansk bilindustri. Der bruker de sin egen tommebaserte gjengestandard Unified Thread Standard – UTS.

Den har den samme 60 graders gjengevinkelen som metriske gjenger. Det amerikanske militære har benyttet metriske gjenger siden 1968.

De aller fleste parameterne i både metriske og UTS-gjenger er like utenom diametere og antall gjenger per lengdeenhet. Begge er standardisert av ISO.

Kilde: Amanuensis ved Institutt for produktutvikling og materialer, NTNU, Knud Helmer Knudsen.



Trekke til

Når en skrue trekkes til er det friksjonen som er den bestemmende kraften. Bare 10 prosent av tiltrekningskraften går med til å strekke skruen, mens 90 prosent går med til å overvinne friksjon.

Normalt er det skruen som ryker når man overtrekker. Et viktig poeng med en skrueforbindelse er at den skal være en elastisk forbindelse i et stivt underlag.

Der gjengene i skruen treffer gjengene i mutteren strekkes skruen mens mutteren komprimeres.

Det gjør at det meste av kraften i en skrueforbindelse overføres i den første gjengen.

Derfor blir ikke forbindelsen noe sterkere om man har en tykkere mutter.





Valsing

Gjenger i standarddimensjoner fremstilles ved valsing. De skjæres ikke lenger.

Valsinger er både raskere og gir sterkere gjenger enn skjæring.

Mutterne skjæres, men det er ikke så farlig på grunn av det større materialtverrsnittet.





STANDARDISERTE: Joseph Whitworths navn er for alltid forbundet med gjenger.