Schroefdraadontwerp

Draadverbindingen worden vaak gebruikt om leidingen en fittingen te verbinden. Deze schroefdraadverbindingen zijn er in verschillende ontwerpen en kunnen zich aanpassen aan verschillende maten en vormen. Ze zijn lekvrij en bieden mechanische ondersteuning tegen de zwaartekracht. Lees ons artikel over de tappen- en snijset om te leren hoe je aangepaste schroefdraad maakt.

Ontwerpspecificaties voor schroefdraden

Een schroefdraad is een spiraalvormige rug die wordt aangebracht op een cilindrische of een conische vorm. Twee componenten met binnen- en buitendraad kunnen met een draaiende beweging aan elkaar bevestigd worden. Schroefdraden zijn verkrijgbaar in verschillende maten en vormen voor verschillende toepassingen. Voor een betrouwbare verbinding is het belangrijk te zorgen voor compatibiliteit van de schroefdraad en een goede afdichting. Draden worden geïdentificeerd aan de hand van hun ontwerpkenmerken. Bij de keuze van een product met schroefdraad is het belangrijk een aantal schroefdraad specificaties te begrijpen:

• Mannelijke en vrouwelijke schroefdraden (buiten- en binnendraden)
• Rechtsdraaiende en linksdraaiende schroefdraden
• Taper (conische schroefdraad)
• Diameter
• Flank (hoek)
• Spoed en schroefdraad per inch (TPI)
• Starts
• Vorm

Mannelijke en vrouwelijke schroefdraden (buiten- en binnendraden)

Schroefdraden kunnen vrouwelijk (binnendraad) of mannelijk (buitendraad) zijn. Alle schroefdraadverbindingen bestaan uit een mannelijk en een vrouwelijk draadtype. In een bepaalde verbinding moet de schroefdraad dezelfde ontwerpkenmerken hebben om een adequate lekdichtheid en/of mechanische prestaties te waarborgen. Over het algemeen zijn schroefdraadverbindingen van kleppen vrouwelijk, zoals te zien is rechts in afbeelding 2.

Rechtsdraaiende en linksdraaiende schroefdraden

De helix (of spiraal) van een draad kan zowel rechtsdraaiend als linksdraaiend zijn. Standaard zijn schroefdraden rechtsdraaiend en voldoen ze aan de rechterhandregels. De rechterhandregel betekent dat wanneer een schroefdraad in een verbinding wordt geplaatst, deze naar boven beweegt als deze naar met de klok mee wordt gedraaid. De letters "LH" in een draadspecificatie staan voor een linksdraaiende draad en worden in de richting van de linkerhand gedraaid om de draad omhoog te laten draaien. Afbeelding 2 toont de verschillen samen met de rechterhandregel.

Taper (conische schroefdraad)

De spiraal van een draad kan rond een conische of cilindrische vorm worden aangebracht. Een draad met een conische vorm, zoals te zien links in afbeelding 3, is een conische schroefdraad. Een draad met een cilindrische vorm, zoals te zien rechts in afbeelding 3, is een rechte of parallelle schroefdraad. De conische hoek is de hoek tussen de conische vorm en de middellijn van de buis.

Conische schroefdraden zorgen voor lekbestendigheid door druk en vervorming van de mannelijke en vrouwelijke draden in een verbinding. Anderzijds ontstaat bij rechte schroefdraad geen lekdichte verbinding op de schroefdraad en wordt deze vaak afgedicht met o-ringen of pakkingen.

Diameter

De buitendiameter (major diameter) is de grootste of buitenste diameter van een schroefdraad. Dit wordt gemeten vanaf de draaduiteinden of de kruin bij buitendraden (mannelijke schroefdraden) en vanaf de groef of de wortel bij binnendraden (vrouwelijke schroefdraden). De kerndiameter (minor diameter) is bijgevolg de kleinste van de twee diameters. Voor beide soorten schroefdraden is de kleine diameter (figuur 5 met label C) omgekeerd: extern, wortel tot wortel, en intern, kam tot kam. De diepte van een draad (figuur 5 met label F) is het verschil tussen de grote en de kleine diameter. De spoeddiameter (figuur 5 met het label D) wordt gemeten vanaf een lijn die de flanken van een draad snijdt en halverwege de grote en de kleine diameter ligt.

Flank (hoek)

De schroefdraadhoek, of flankhoek, (figuur 5 met label B) is de hoek tussen de schroefdraadflanken. De meest gebruikte schroefdraadhoeken zijn 60° en 55°.

Spoed en schroefdraad per inch (TPI)

De spoed (figuur 5 met label A) is de afstand tussen de kruinen van twee opeenvolgende draden. Threads per inch (TPI) is de waarde van de spoed. Zo heeft een schroefdraad met een TPI van 12 een spoed van een inch. Terwijl TPI betrekking heeft op imperiale schroefdraad, wordt de spoed vaak gebruikt voor metrische schroefdraad en aangegeven in mm.

Starts

Het aantal starts van een schroefdraad is het aantal verschillende ruggen van de draad. Het aantal starts bepaalt het aantal draden bij 360° draaien. Een one-start schroefdraad is de meest voorkomende pijpdraad. Figuur 6 heeft een kleurcode om het verschil in aantal ruggen per start te tonen.

Vorm

De doorsnede van een draad wordt de vorm genoemd. De schroefdraden kunnen driehoekig, vierkant, trapeziumvormig of een andere vorm hebben (figuur 7). De driehoekige schroefdraden worden ook wel V-draden genoemd. Hoewel V-draden worden voorgesteld als driehoekig, kunnen de punt en de groef van de draad in de praktijk geen perfect scherpe rand hebben en worden zij daarom in verschillende mate afgekapt (ingekort). Een scherpe V-draad is een draad waarbij de punten van de driehoeken niet zijn afgekapt.

Afdichten van een schroefverbinding

Bij het verbinden van twee schroefdraden is het van essentieel belang rekening te houden met de hydraulische afdichting die zij zullen vormen. Parallelle en conische schroefdraden kunnen worden gecombineerd om twee soorten verbindingen te maken: bewegingsschroefdraden en bevestigingsschroefdraden.

Bewegingsschroefdraden of spindels

Verbindingen met bevestigingsschroefdraad zorgen voor drukdichtheid door de schroefdraden samen te drukken. Daarvoor worden conische buitendraden en parallelle of conische binnendraden met elkaar verbonden. Bij dit type verbinding ontstaat een positieve afdichting door de schroefdraden met behulp van een sleutel met het juiste koppel in elkaar te vervormen. Herhaaldelijk installeren of verwijderen kan dus de draden vervormen. Tijdens het onderhoud is het belangrijk om dit type verbinding te controleren op eventuele lekkagepaden of schade aan de schroefdraad.

Bij dit type verbinding wordt vaak een afdichtmateriaal gebruikt, zoals teflontape of vloeibaar afdichtmiddel. Parallelle schroefdraad wordt vaak afgedicht met een extra O-ring of pakkingring. Een O-ring afdichting kan niet worden gebruikt met een conisch toelopende buitendraad, omdat de schroefdraad niet volledig kan worden vastgedraaid. Sommige schroefdraden hebben een "droge aansluiting" of "droge afdichting" en hebben geen afdichtingsmateriaal nodig. In deze verbindingen wordt de drukdichtheid uitsluitend gecreëerd door het samendrukken van schroefdraad. Deze methode wordt vooral gebruikt om een gasdichte afdichting te creëren of wanneer het afdichtmiddel de media (bijv. zuurstof) kan verontreinigen of erop kan reageren.

Zoals eerder al gezegd, kunnen schroefdraadverbindingen door gebruik of reparatie gevoelig worden voor lekkage. Wanneer een conische buitendraad wordt vastgedraaid met een parallelle binnendraad, wordt de afdichting door het verschil in taper, alleen gemaakt aan de basis van de vrouwelijke poort met 1 of 2 schroefdraden. Het gedeelte waar de kam van de buitendraad en de stam van de binnendraad samenkomen, kunnen zorgen voor spiraallekkage. Dit is vooral het geval bij BSPT-verbindingen. BSPT-schroefdraad wordt vaak gebruikt voor lagedruktoepassingen en wordt niet aanbevolen voor systemen met een gemiddelde of hoge druk. Dit probleem kan worden opgelost als de buitendraad en buitendraad conisch zijn (bv. NPT-verbindingen ).

Lange schroef of bevestigingsdraden

Bij dit type verbinding wordt een betrouwbare afdichting tot stand gebracht door samendrukking van een zacht materiaal (een o-ring of een sluitring) of een vlakke pakking tussen de schouder van de mannelijke pijp en het binnenoppervlak van de binnendraad.