Schroefdraad.

Schroefdraad.

De meeste onderdelen op de fiets zijn bevestigd met behulp van schroefdraad. Met schroefdraad is het mogelijk onderdelen zeer strak op elkaar te klemmen terwijl de onderdelen toch demonteerbaar blijven.

Bij de geschroefde verbinding wordt de verbinding gevormd door inwendige en uitwendige schroefdraad in elkaar te draaien. Door het draaien van schroefdraad verplaatsen de onderdelen zich ten opzichte van elkaar over een zeer kleine afstand. Dit is goed te zien bij de bevestiging van de spaak aan de velg. Door het verdraaien van de nippel beweegt deze naar de as van het wiel. Omdat de nippel tegengehouden wordt door de velg, moet de spaak langer worden.

De spaak rekt uit door het aandraaien en komt hierdoor onder voorspanning te staan. Fietsonderdelen kunnen zelf voorzien zijn van schroefdraad of geklemd worden tussen een bout (uitwendige schroefdraad) en moer (inwendige schroefdraad). Door aandraaien met een klein moment kunnen onderdelen met grote kracht samengedrukt of uitgerekt worden.

Bij de bevestiging van het schroefdraad moet er op drie punten gelet worden:

• Met welk moment de schroefdraad moet worden aangedraaid

• Hoe de schroefdraad geborgd is tegen lostrillen

• Of de in- en uitwendige draad dezelfde afmetingen hebben.

Als een geschroefde verbinding met een te klein moment wordt aangedraaid, worden de onderdelen met te weinig kracht op elkaar gedrukt of uitgerekt (bijvoorbeeld de spaak. Een kabel die te los vastgeklemd is zal daardoor los kunnen komen of de spaken hebben daardoor te weinig voorspanning. Als een geschroefde verbinding met een te groot moment wordt vastgedraaid, kunnen onderdelen beschadigen. De schroefdraad kan kapot getrokken worden, de bout kan breken, de onderdelen kunnen kapot geduwd worden of onder te hoge spanning komen te staan. Als een bout van een spieloos crankstel te strak wordt aangedraaid komt er te veel spanning op de crank te staan.
Op het moment dat een fietser aanzet en een flinke kracht op de crank uitoefent kan deze daardoor scheuren. Door een momentsleutel te gebruiken is af te lezen met welk moment het de bout of moer wordt aangedraaid. Zie afb. 24.
Fabrikanten van onderdelen geven soms aan met welk moment de onderdelen moeten worden aangedraaid. Wanneer niet bekend is met welk aandraaimoment de onderdelen moeten worden vastgedraaid moet voorzichtig te werk gegaan worden. Zodra het onderdeel dat vastgezet moet worden goed functioneert, is het goed. Richtlijn hierbij is dat de soort schroefdraad heel belangrijk is. Grovere schroefdraad kan in het algemeen met een groter moment worden vastgezet dan fijne schroefdraad.

Tussen de in- en uitwendige draad is er wrijvingskracht, hierdoor kost het kracht om schroefdraad los te draaien. De wrijving is aanwezig als de onderdelen onder voorspanning staan. De binnen en buitendraad worden dan strak tegen elkaar getrokken. Zolang de voorspanning gehandhaafd blijft zullen onderdelen dan ook goed vast blijven zitten. Verdwijnt echter de voorspanning door vervormingen, stoten, trillingen en uitwendige krachten, dan kan de verbinding lostrillen. Er is dan immers geen wrijving meer tussen de in- en uitwendige draad. Bij spaaknippels is dit effect het duidelijkst waarneembaar. Zolang de voorspanning in de spaken aanwezig is zal de nippel niet lostrillen.
Zodra de spaken door grote krachten op het wiel even niet meer onder voorspanning staan, kan de nippel lostrillen.
Geschroefde verbindingen die onder wisselende belasting gebruikt worden, moeten geborgd worden. Op de fiets zijn dit bijna alle geschroefde verbindingen. Schroefdraad kan geborgd worden door de volgende methoden:

• Borgringen
• Vloeibaar borgmiddel
• Zelfborgende bouten en moeren
• Borgmoeren of contramoeren.

De borgring is een platte veer die tussen bout en moer geplaatst wordt. Zie afb. 26a. Doordat borgringen inveren tijdens het aandraaien, zorgen ze ervoor dat de schroefdraad constant onder voorspanning staat. Bovendien zorgen ze ervoor dat de wrijving tussen het steunvlak van bout en moer groter wordt. Met vloeibare borgmiddelen worden bout en moer aan elkaar gelijmd. Zie afb. 26c. Het borgmiddel wordt in de schroefdraad gedruppeld waarna deze opdroogt en bout en moer aan elkaar lijmt. Afhankelijk van het type borgmiddel is de lijmverbinding makkelijk, moeilijk of helemaal niet meer los te draaien. Bij gebruik op de fiets moeten lichte borg middelen gebruikt worden, zodat de onderdelen demonteerbaar blijven.
Een extra voordeel van vloeibare borgmiddelen is dat ze voorkomen dat moer en bout aan elkaar roesten. Moeren en bouten kunnen op twee manieren zelfborgend zijn: doordat ze aan de onderkant van een geribbeld oppervlak voorzien zijn (afb. 26b) of doordat de schroefdraad voorzien is van een dun laagje rubberachtig materiaal. Door het geribbelde oppervlak wordt de wrijving in het contactvlak tussen moer en bout verhoogd. Het aanbrengen van een borgring is dan niet meer nodig. Het rubberachtige materiaal op de schroefdraad zorgt ervoor dat er constant een hoge wrijvingskracht aanwezig is tussen moer en bout.
De schroefdraad blijft dan geborgd, ook al is de voorspanning verdwenen. Het nadeel van deze methode is, dat het aandraaien van de bout of moer in het begin al zwaar gaat omdat dan al een grote wrijvingskracht overwonnen moet worden. Voor het stellen van cups en conussen van kogellagers wordt ook schroefdraad gebruikt. Hierbij is het juist de bedoeling dat de cup of conus geen kracht uitoefent op de kogels van het lager. Om toch voorspanning in de schroefdraad te creëren wordt er een contramoer tegen de cup of conus aangedraaid. De cup of conus duwt dan constant tegen de contramoer en is zo geborgd. Zie afb. 26d.

Om goed in elkaar te passen moeten de binnen- en buitendraad uiteraard dezelfde maat hebben. De maat van de schroefdraad wordt bepaald door:

• De buitendiameter van de draad van de bout
• De spoed van de schroefdraad
• De tophoek van de schroefdraad
• De richting van de draad.

In de fiets worden drie verschillende draadtypen gebruikt (afb. 28):

• Metrische of Franse draad
• BSC of Engelse draad
• Italiaanse of Whitworth draad.

De buitendiameter van de schroefdraad is bij uitwendige draad de diameter inclusief de draaddiepte. Bij inwendige schroefdraad is dat de binnendiameter min de draaddiepte. De maat wordt zowel in mm (metrisch en Italiaans) als in inch (Engels) aangeduid. De spoed geeft de verplaatsing van de moer of bout aan bij het afleggen van een complete omwenteling (360 graden. Deze kan aangeduid worden door de afstand op te geven als de schroefdraad 1 omwenteling maakt (metrisch) of door het aantal omwentelingen te geven als de moer over een afstand van 1 inch is verplaatst (Engels of Italiaans. 1 inch is 25,4 mm. De spoed in het schroefdraad kan grof of fijn zijn. Bij fijn schroefdraad verplaatst de bout zich maar over een kleine afstand als deze een omwenteling maakt. Fijn schroefdraad wordt vooral gebruikt als een nauwkeurige afstelling gewenst is. Zo zijn de conussen en assen van fijn schroefdraad voorzien om een nauwkeurige afstelling van een kogellager mogelijk te maken.

De tophoek geeft de vorm van de schroefdraad aan. Zie nogmaals afb. 28. Binnen de fietswereld worden drie verschillende vormen van schroefdraad gebruikt. De metrische of Franse draad met een tophoek van 60° en afgeplatte buitendraad, de Engelse of BSC draad met een tophoek van 60° en afgeronde buitendraad en Italiaans draad met een tophoek van 55° en afgeronde buitendraad. De richting van de draad bepaalt de draairichting van de schroefdraad. Standaard draaien moeren en bouten rechtsom vast. Linkse draad wordt alleen gebruikt als door een draaiende beweging rechts schroefdraad los zou draaien. Op de fiets is dit de schroefdraad van het linker pedaal en, als het bracket van Engelse draad is voorzien, de rechter vaste cup van de bracket.

Voor de verschillende soorten schroefdraad worden speciale maataanduidingen gebruikt. Aan de maataanduiding is af te lezen wat voor type draad gebruikt wordt, wat de buitendiameter is, wat de spoed is en of het eventueel links draad betreft. Draad met de aanduiding M8x1 is een metrische draad met een buitendiameter van de bout van 8 mm en een spoed van 1 mm. Als het links draad betreft wordt dit aangegeven door een hoofdletter L achter de aanduiding (bv. M8x1 L) Draad met de aanduiding BSC 1” x 24 TPI is een Engelse draad met een buitendiameter van de bout van 1 inch en de bout of moer legt bij 24 omwentelingen een afstand van 1” af. Draad met de aanduiding 36 x 24 TPI is Italiaanse draad met een buitendiameter van de bout van 36 mm en de bout of moer legt bij 24 omwentelingen een afstand van 1” af.

Om te passen moeten alle vier de maten (diameter, spoed-tophoek en richting) gelijk zijn. Helaas worden in de fietswereld voor dezelfde onderdelen verschillende soorten schroefdraad gebruikt. Het is dan ook zaak bij de montage goed te controleren wat de maat is van de schroefdraad.

De buitendiameter van de schroefdraad kan met een schuifmaat gemeten worden. Op een goede schuifmaat is zowel de inchmaat als de mm-maat af te lezen. Zie afb. 29a.De tophoek en spoed zijn te meten met een voelermaatje. Dit is een verzameling plaatjes waar verschillende vormen van schroefdraden uit gestanst zijn. Door de voelermaatjes langs de schroefdraad te houden kan gevoeld worden of de schroefdraad gelijk is aan de vorm die op het voelermaatje staat aangegeven. Zie afb. 29b.

Om de problemen te voorkomen die ontstaan door het werken met allerlei verschillende maatsoorten, is de International Standard Organisation (ISO) opgericht. Deze organisatie legt normen op over veiligheid en maatvoering aan de industrie. Ook voor het gebruik van schroefdraden in de rijwielindustrie zijn er ISO-normen. De standaardnorm van de ISO wordt helaas niet algemeen toegepast. Voor elk type schroefdraad heeft de ISO een schroefdraad voorgelegd die de industrie geacht wordt te gebruiken. De ISO heeft er voor gekozen om in de meeste gevallen de meest gebruikte schroefdraad als norm te hanteren. Daardoor blijft de maat van de ISO-draad niet consequent. Soms worden de metrische draad en aanduiding als norm gehanteerd (bijvoorbeeld bij assen). Soms worden de Engelse draad en aanduiding als norm gehanteerd (bijvoorbeeld bij balhoofdmoeren), soms wordt ook een maat gehanteerd die zoveel mogelijk uitwisseling geeft met andere schroefdraden (bijvoorbeeld bij freewheelen). Kortom, er is genoeg verwarring mogelijk Zie tabel 1 op de volgende pagina voor de diverse soorten schroefdraad.

Voor het goed functioneren moet schroefdraad schoon en niet beschadigd zijn. Bij montage kan er speciaal montagevet voor schroefdraadverbindingen of olie op de schroef gesmeerd worden. Het montagevet of olie zorgt ervoor dat het uitwendig schroefdraad soepel in het inwendig schroefdraad glijdt en dat ze niet aan elkaar roesten. Gebruik geen lithium of wit kogellagervet. Als schroefdraad beschadigd is of niet meer soepel draait, kan deze opgesneden worden met een tap voor het opzuiveren van schroefdraad. Hiermee worden bramen, roest en vastzittend vuil van de schroefdraad verwijderd. Bij het opzuiveren moet een speciale snijolie gebruikt worden.
Schroefdraad kan ook in een gat of om een as met de hand getapt of gesneden worden. Hiervoor zijn speciale handtappen in de handel. Voor het tappen van schroefdraad om een as moet de as de buitendiameter van het schroefdraad hebben. Voor het tappen van schroefdraad in een gat moet het gat een diameter hebben die ongeveer gelijk is aan de binnendiameter van het schroefdraad omdat de noodzakelijke draad nog in het gat moet worden getapt. Een gat waar M5 schroefdraad in getapt moet worden, moet geboord worden met een diameter van 4,2 mm. Fabrikanten van tappen leveren tabellen waarmee aangegeven wordt met welk diameter geboord moet worden. Handtappen voor inwendig schroefdraad worden geleverd in sets van drie stuks omdat het niet mogelijk is met de hand in een keer de volle schroefdraad te tappen en de kwaliteit van de schroefdraad beter is als in drie stappen getapt wordt. De tappen moeten in de juiste volgorde gebruikt worden. Bij het tappen moet net als bij het opzuiveren een speciale snijolie gebruikt worden.