Drehbank und Gewinde

Eine Drehbank lässt ein Stück Holz oder Metall zwischen zwei Spitzen rotieren, während ein Schneidwerkzeug es formt, sodass die Flächen, die sie hinterlässt, rund um eine Achse liegen. Mit Leitspindel und Wechselrädern, wie an Henry Maudslays eiserner Drehbank um 1800, schneidet sie Gewinde mit gewählter Steigung, und solche Schrauben wurden zur Grundlage genormter Bolzen, austauschbarer Teile und genauen Messens.

Was es ist

Eine Drehbank dreht ein Stück Holz oder Metall um eine Achse, während ein feststehendes Werkzeug Späne davon abnimmt. Stuhlbeine, Schalen, Achsen und Bolzen entstehen so. Das Werkzeug bleibt rundherum im gleichen Abstand zur Achse, darum ist die Fläche, die es hinterlässt, rund.

Meist sitzt das Werkstück zwischen zwei Spitzen. Der Spindelstock trägt die angetriebene Spindel, die ein Metallwerkstück über eine daran festgeklemmte Schelle, das Mitnehmerherz, mitnimmt; der Reitstock lässt sich auf dem Bett verschieben und an die Länge des Stücks anpassen. Das Werkzeug liegt auf einer Auflage und wird von Hand geführt, oder es ist in einem Support eingespannt, der am Bett entlangfährt. Die Tafel zeigt die eiserne Gewindedrehbank, die Henry Maudslay um 1800 baute.

Wie es funktioniert

An der Wippdrehbank dreht die Schnur das Werkstück unter dem Fuß in die eine Richtung und, von der Stange zurückgezogen, in die andere.

Die ältesten Drehbänke drehten das Werkstück hin und her, mit einer darum geschlungenen Schnur. Sie wurde von einem Bogen in der Hand des Drechslers gezogen oder, an der Wippdrehbank, von einem Fußtritt gegen eine federnde Stange. Das Werkzeug schneidet nur, solange sich das Werkstück zum Drechsler hin dreht. Kurbel und Schwungrad, später Riemen von einem Wasserrad oder einer Maschine, brachten die durchgehende Drehung.

Ein Gewinde ist eine Rille, die mit gleichbleibender Steigung um einen Zylinder läuft. Bei einem gewöhnlichen eingängigen Gewinde ist die Steigung sowohl der Abstand zwischen zwei benachbarten Gängen als auch der Weg, den die Rille bei einer Umdrehung vorankommt. Um sie zu schneiden, muss das Werkzeug bei jeder Umdrehung genau um diesen Weg am Werkstück entlangwandern. Eine geübte Hand schafft das mit einem Strehler, die Gewindedrehbank aber jedes Mal und ohne diese Fertigkeit, mithilfe einer zweiten Schraube. Die Leitspindel liegt längs im Bett, und eine Mutter unter dem Support greift in sie ein: Jede Umdrehung der Leitspindel schiebt das Werkzeug um eine ihrer eigenen Steigungen weiter.

Zahnräder verbinden die Spindel mit der Leitspindel. Hat die Leitspindel 8 Gänge je Zoll und sind beide Räder gleich, schneidet das Werkzeug 8 Gänge je Zoll. Treibt ein Rad mit 20 Zähnen auf der Spindel ein Rad mit 40 Zähnen auf der Leitspindel, halbiert sich der Vorschub, und es entstehen 16 Gänge. Andere Wechselräder ergeben andere Steigungen.

Das Gewinde wird in mehreren Durchgängen geschnitten; ein kleines Handrad am Support stellt das Werkzeug jedes Mal etwas tiefer. Jeder Fehler der Leitspindel überträgt sich auf die neue Schraube, deshalb wurden gute Leitspindeln immer wieder geprüft und nachgeschnitten.

Wie man sie baut

Eine Wippdrehbank braucht Bauholz, ein paar Eisenteile und eine biegsame Stange aus Jungholz. Sie dreht Grünholz, langsam genug für Anfänger.

Das Bett bauen. Zwei gerade Balken von etwa 1,5 m Länge nebeneinander auf vier gespreizte Beine setzen, mit etwa 5 cm Abstand. Zwei aufrechte Klötze, die Docken, werden in diesen Spalt gesteckt und unten mit einem Keil festgesetzt.

Spitzen und Auflage anbringen. In jede Docke in Ellbogenhöhe eine eiserne Spitze treiben, beide auf einer Linie. Eine davon als Gewindebolzen mit angefeilter Spitze ausführen, damit sie sich zum Einspannen eindrehen lässt. Als Werkzeugauflage vorne ein Brett knapp unter den Spitzen befestigen, mit Schrauben in Langlöchern, damit es sich verschieben lässt. Bei stehender Drehbank etwa einen Finger breit vom Werkstück einstellen und das Werkstück von Hand drehen, um zu prüfen, dass es frei läuft.

Die Stange aufhängen. Das dicke Ende einer etwa 3 m langen Eschen- oder Haselstange über und hinter der Drehbank befestigen, die Spitze über dem Werkstück. Eine Schnur an die Spitze knoten, zweimal um das Werkstück wickeln und das andere Ende an ein am Boden angelenktes Brett binden, den Fußtritt.

Einen Werkzeuggriff drehen. Ein Stück grüne Esche von etwa 4 cm im Quadrat und 15 cm Länge mit dem Beil rund zurichten und fest zwischen die Spitzen spannen, die Schnur so gewickelt, dass die vordere Seite beim Treten nach unten läuft. Die Röhre auf die Auflage legen, bevor sie das Holz berührt, beim Niedertreten schneiden, beim Hochgehen leicht abheben, den Griff mit dem Meißel formen und einige Wochen trocknen lassen, bevor eine Klinge eingesetzt wird.

Der Gewindebohrer schneidet das Gewinde in ein Loch, das Schneideisen auf einen Stab.

Ein Gewinde von Hand schneiden. Das Werkstück zuerst im Schraubstock einspannen. Für ein M8-Gewinde in Metall ein Loch von 6,8 mm bohren, den Gewindebohrer senkrecht zur Fläche ansetzen und mit einem Tropfen Öl jeweils eine halbe Umdrehung vor und eine viertel zurück drehen, damit die Späne brechen. Das passende Außengewinde mit dem Schneideisen auf einen angefasten Stab schneiden. In Holz und Messing kann man Gewinde auch mit einem Strehler schneiden, einem flachen Stahlwerkzeug, dessen Kante zu Zähnen in der gewünschten Steigung gefeilt ist und das man an einem durchgehend laufenden Werkstück entlangführt; ein gleichmäßiges Tempo verlangt Übung.

Sicherheit. Ein drehendes Werkstück erfasst alles, was locker ist: lange Haare zusammenbinden, Ärmel hochkrempeln, Schal, Ringe und Handschuhe ablegen. Eine Schutzbrille gegen Späne tragen, bei größeren Stücken zusätzlich einen Gesichtsschutz; keines von beiden macht ein lose eingespanntes Werkstück sicher. Vor jedem Arbeiten prüfen, ob das Werkstück fest zwischen den Spitzen sitzt und keine Risse hat. Schneidwerkzeuge scharf halten und ihre Schneiden abdecken, wenn sie nicht gebraucht werden. Gewindebohrer sind hart und spröde; bricht einer, sind die Bruchstücke scharf. An einer motorisierten Drehbank die Maschine anhalten, bevor man misst oder über das Werkstück greift.

Geschichte und Entwicklung

Die älteste bekannte Darstellung einer Drehbank ist im Grab des Petosiris in Ägypten eingemeißelt, um 300 v. Chr.: Ein Mann zieht an einem Riemen, der um das Werkstück läuft, ein anderer hält das Werkzeug. Im York der Wikingerzeit hinterließen die Drechsler von Coppergate, der „Straße der Becherdrechsler“, einen Teil einer Drehbank, unfertige Schalen und ein eisernes Drechselwerkzeug.

In den 1770er-Jahren baute der Instrumentenmacher Jesse Ramsden Gewindedrehbänke, um die Schrauben seiner Teilmaschinen herzustellen. Henry Maudslay, ausgebildet beim Schlossmacher Joseph Bramah, eröffnete je nach Quelle 1797 oder 1798 eine eigene Werkstatt in London. Er erfand weder den Support noch die Leitspindel, aber seine Drehbank vereinte beide mit Wechselrädern auf einem steifen eisernen Gestell, und ihre Gewinde ließen sich genau wiederholen. Danach baute er die von Marc Brunel entworfenen Maschinen für die Flaschenzugblöcke der Marine in Portsmouth, fertig 1808/09: Rund zehn ungelernte Männer erledigten dort die Arbeit von hundert Fachleuten.

Jede Umdrehung der Trommel schiebt die Spindel um genau eine Steigung ihrer Schraube vor.

Eine genaue Schraube kann auch messen. Um 1805 baute Maudslay eine Tischmessschraube mit dem Spitznamen „Lord Chancellor“, die in seiner Werkstatt in Maßfragen das letzte Wort hatte. Jean-Laurent Palmer ließ 1848 in Paris eine handliche Messschraube patentieren; mit 1 mm Steigung und einer in 20 Teile geteilten Trommel ließ sie sich auf 0,05 mm ablesen. Eine gewöhnliche Bügelmessschraube hat heute eine Steigung von 0,5 mm und 50 Teilstriche und zeigt Hundertstelmillimeter an.

1841 schlug Joseph Whitworth, der in Maudslays Werkstatt gearbeitet hatte, ein gemeinsames Gewinde für alle britischen Ingenieure vor. Er bildete den Durchschnitt aus Bolzen, die er in Werkstätten in ganz England gesammelt hatte: Flanken unter 55°, gerundete Spitzen und Gründe und eine feste Zahl von Gängen je Zoll für jeden Durchmesser, 8 bei einem Bolzen von 1 Zoll. Die Eisenbahngesellschaften übernahmen es.