Ruuvin historia

Ensi silmäyksellä ruuvi näyttää melko yksinkertaiselta esineeltä, joka pitää osia yhdessä. Mutta tarkastele asiaa syvemmin niin ymmärrät, että näennäisesti vähäpätöisen pultin ja ruuvin takana on paljon muuta kuin ensi silmäyksellä huomaa. Ilman niitä kaikki laitteemme ja koneemme hajoaisivat osiin.

Ruuvit ovat yksi tavallisimmista rakennuksissa ja koneissa käytetyistä elementeistä. Ne pitävät yhdessä mitä vain – sähköhammasharjojen ja saranoiden ruuveista massiivisiin pultteihin, jotka varmistavat rakennusten betonipylväitä. Oletko koskaan pysähtynyt ajattelemaan, mistä ne ovat peräisin?

Kierteiden historiaa voi seurata aina vuoteen 400 eKr. Merkittävimmät kehitykset nyky-150 vuoden aikana. Asiantuntijat ovat eri mieltä yksinkertaisen mutterin ja ruuvin alkuperästä. Muttereista ja ruuveista kirjoittamassaan artikkelissa ”Nuts and Bolts” Frederick E. Graves on sitä mieltä, että kierteinen ruuvi ja siihen kuuluva mutteri kiinnittimenä on peräisin 1400-luvulta. Hän perustelee tämän johtopäätöksen ensimmäisellä eräästä kirjasta löytyvällä kirjallisella merkinnällä ruuveista 1400-luvun alkupuolelta.

Graves myöntää kuitenkin, että vaikka kierteinen ruuvi on peräisin 1400-luvun alkupuolelta, tasapintainen pultti oli käytössä jo roomalaisella ajalla, jolloin sitä käytettiin ”ovien lukitsemisessa, tappina ovien avaamisessa ja sulkemisessa ja kiilapulttina: parru tai tanko, jossa oli aukko, johon kiila oli asetettu niin, että pultti ei voinut liikkua.” Hän antaa myös ymmärtää, että roomalaiset kehittivät ensimmäisen ruuvin, joka oli tehty pronssista tai jopa hopeasta. Kierteet oli viilattu käsin tai ne koostuivat langasta, joka oli kierretty tangon ympäri ja juotettu.

Ruuviasiantuntija Bill Ecclesin tekemien tutkimuksien mukaan ruuvikierteiden historia ylettyy paljon pidemmälle. Arkhimedes (287 eKr.–212 eKr.) kehitti ruuvin periaatteen ja käytti sitä kehittämissään vedennostolaitteissa. On myös merkkejä siitä, että vesiruuvin alkuperä saattaa olla Egyptissä ennen Arkhimedeen aikaa. Se oli tehty puusta, ja sitä käytettiin kastelemaan maata ja poistamaan vettä laivoista. ”Mutta monet ovat sitä mieltä, että ruuvikierteen on keksinyt noin 400 eKr. kreikkalainen filosofi Arkytas Tarentolainen, jota nimitetään usein mekaniikan keksijäksi ja jota pidetään Platonin aikalaisena”, kirjoittaa Eccles verkkosivuillaan.

Historian voi jakaa kahteen osaan: kierteet, jotka ovat peräisin ajalta 400 eKr. ja joita käytettiin muun muassa vedennostoon, viinirypäleiden puristamiseen sekä kiinnittimiin, jotka ovat olleet käytössä noin 400 vuotta.

1400-luvulla Johann Gutenberg käytti ruuveja painokoneensa kiinnityksissä. Ruuvien käyttö yleistyi, kun niiden käyttöala laajeni sellaisiin esineisiin kuin kellot ja panssarivaunut. Gravesin mukaan Leonardo da Vincin muistiinpanot 1400-luvun loppupuolelta ja 1500-luvun alusta sisältävät monia ruuvisorvien malleja.

Suurin osa tämän aiheen tutkijoista on samaa mieltä siitä, että teollinen vallankumous nopeutti mutterien ja ruuvien kehitystä tehden niistä insinööri- ja rakennustaidon tärkeitä elementtejä. W. R. Wilbur esittää Amerikan mutteri- ja ruuviteollisuutta käsittelevässä teoksessaan ”History of the Nut and Bolt Industry in America” vuonna 1905, että Besson valmisti ensimmäisen pultti- ja ruuvikoneen Ranskassa vuonna 1568. Sama yritys kehitti myöhemmin mittalaitteen kierresorviin tai sorvissa käytettävän levyn. Vuonna 1641 englantilainen yritys Hindley of York kehitti tätä laitetta edelleen ja sen käyttö yleistyi.

Atlantin toisella puolella USA:ssa ruuvin historiasta löytää dokumentointia museossa nimeltä Carriage Museum of America. 1700-luvun alkupuolella rakennettujen ajoneuvojen mutterit olivat latteampia ja kulmiikkaampia kuin‑
myöhemmissä ajoneuvoissa, joiden mutterien kulmat olivat viistettyjä. Niistä oli myös poistettu purse. Ruuvien tekeminen oli niihin aikoihin hankalaa ja vaivalloista.

Aluksi kiinnittimien ruuvikierteet tehtiin käsin, mutta pian kysynnän kasvettua huomattavasti tuotantoprosessia oli nopeutettava. J. ja W. Wyatt käynnistivät Britanniassa vuonna 1760 valmistusprosessin ruuvikierteiden massatuotannolle. Tämä virstanpylväs johti kuitenkin toiseen haasteeseen: jokainen yritys valmisti omat kierteensä, mutterinsa ja pult­tinsa, joten markkinoilla oli valtava määrä erikokoisia ruuvikierteitä, mikä aiheutti ongelmia
koneiden valmistajille.

Vasta 1841 Joseph Whitworth onnistui keksimään siihen ratkaisun. Tehtyään monta vuotta tutkimustyötä keräten malliruuveja brittiläisiltä valmistajilta hän ehdotti ruuvikierteen koon standardisointia Britanniassa niin, että esimerkiksi joku voisi tehdä ruuvin Englannissa ja joku toinen mutterin Glasgow’ssa ja ne sopisivat yhteen. Hän ehdotti, että kierteen harjakulma standardisoitaisiin 55 asteeseen. Myös kierteiden määrä tuumaa kohden tulisi määrittää erikokoisille halkaisijoille.

Samalla kun tätä asiaa ajettiin Britanniassa, amerikkalaiset yrittivät samaa ja alkoivat käyttää Whitworth-kierrettä. Vuonna 1864 William Sellers ehdotti 60 asteen kierremuotoa ja useita kierretiheyksiä erikokoisille halkaisijoille. Tästä kehittyi amerikkalaiset karkeat ja hienot vakiosarjat. Amerikkalaisten etuna britteihin nähden oli, että heidän kierteittensä tyvi ja harja olivat latteita. Se oli helpompi valmistaa kuin Whitworth-kierre, jonka tyvi ja harja olivat pyöristettyjä. Kuitenkin todettiin, että Whitworth-kierre sopi paremmin dynaamisiin sovelluksiin ja Whitworth-kierteen pyöreällä tyvellä oli parempi väsymiskestävyys.

I maailmansodan aikana ruuvikierteiden erilaisuus eri maissa aiheutti suuren ongelman sotatoimissa. II maailmansodan aikana siitä tuli vieläkin suurempi ongelma liittoutuneille. Vuonna 1948 Britannia, USA ja Kanada sopivat, että UN-kierteistä tulee standardi kaikissa maissa, joissa käytetään tuumaa mittayksikkönä. Sen profiili muistuttaa Saksassa 1919 kehitettyä DIN-standardin mukaista kierrettä. Tämä oli yhdistelmä Whitworth-kierteen (pyöristetty tyvi, joka parantaa väsymiskestävyyttä) ja Sellers-kierteen (60 asteen kylkikulma ja lattea harja) parhaita etuja. Kuitenkin UN-kierteen tyven suurempi säde osoittautui paremmaksi kuin DIN-profiili. Siitä kehittyi ISO-standardin kierre, jota käytetään nykyään kaikissa teollisuusmaissa.

Teollisuudessa työskentelevät ovat kokeneet paljon ruuvien hienosäätöä viime vuosikymmenten aikana. – Kun aloin työskennellä teollisuudessa 35 vuotta sitten, ruuvien vahvuutta ei ollut määritetty niin kuin nykyään, Eccles muistelee. Uusien metristen ominaisuusluokitusten ja asiaankuuluviin ISO-standardeihin tehtyjen päivitysten myötä on ruuvien vahvuus ja niiden testimenetelmät määritelty nyt huomattavasti paremmin.

Raaka-aineteollisuuden kehityksen myötä on ruuveissa käytetty materiaali vaeltanut teräksestä muihin eksoottisiin materiaaleihin täyttääkseen teollisuuden muuttuneet tarpeet. Viimeisten 20 vuoden aikana on kehitetty nikkelipohjaisia seoksia, joita voi käyttää suurissa lämpötiloissa, kuten turboahtimissa ja moottoreissa, joihin teräs ei sovi hyvin. Viimeaikaiset tutkimukset käsittelevät kevytmetalleja, kuten alumiinia, magnesiumia ja titaania.

Ruuvitekniikka on käynyt pitkän tien niistä ajoista, kun pultteja ja ruuveja tehtiin käsityönä ja asiakkaat pystyivät valitsemaan vain tavallisia teräsmuttereita ja -pultteja. Nykyään yritykset, kuten Nord-Lock ovat kehittäneet ruuvitekniikkaa huomattavasti, muun muassa kiila-aluslevyillä. Asiakkaiden valikoimassa on valmiiksi asennettuja sinkittyjä tai ruostumattomasta teräksestä valmistettuja aluslevyjä, tasapintaisille teräsvanteille suunniteltuja pyöränmuttereita tai yhdistelmäruuveja, jotka on räätälöity eri sovelluksia varten. Amerikkalaisen yrityksen Superbolt Inc. ja sveitsiläisen yrityksen P&S Vorspannsysteme AG (nyt Nord-Lock AG) ostot ovat tuoneet Nord-Lockin tuotevalikoimaan ruuvituotteita, joita käytetään raskaassa teollisuudessa, kuten porauslautoilla, voimalaitoksissa ja kaivoksissa. Näin Nord-Lock on ottanut huiman askeleen tullakseen ruuvilukituksen johtavaksi yritykseksi koko maailmassa.
Liitoksia analysoidaan nykyään huomattavasti enemmän.

– Ennen ihmiset valitsivat tietyn kiinnitinkoon yksin luottaen omaan kokemukseensa. Ja odotettiin peukut pystyssä, että se toimii, Eccles selvittää. Nykyään ihmiset analysoivat enemmän ja varmistavat, että kaikki toimii, ennen kuin tuotteet valmistetaan ja toimitetaan markkinoille.