DK148489B - Skrue og skruetraekker til brug for en saadan skrue samt stansevaerktoej til formning af hovedet paa en saadan skrue - Google Patents

Description

2 U8489

Den foreliggende opfindelse angår en skrue, der består af et langstrakt skrueskåret skaft strækkende sig langs en central længdeakse og med et hoved ved den ene ende, hvilket hoved har en yderside med en korsformet fordybning gående indad fra ydersiden langs længdeaksen og sluttende med en bundvæg, hvilken fordybning indbefatter et centralt hulrum med generelt kvadratisk tværsnit fra dets yderste ende til dets bund, og som er jævnt tilspidsende fra et maksimalt tværsnit ved hovedets yderside til et mindste tværsnit ved den nævnte bundvæg, og hvilken fordybning yderligere indbefatter fire noter gående radialt udad fra det centrale hulrum med 90° mellemliggende vinkler og symmetrisk i forhold til længdeaksen, og hver not strækker sig udefter fra midten af en side af det generelt kvadratiske tværsnit af det centrale hulrum og er afsluttet med en ydervæg, som forløber skråt nedad og indad fra skruehovedets yderside til bundvæggen.

I det følgende skal udtrykket "en skrue af den angivne art" forstås som en skrue med de foran omtalte træk.

Ved indskruning af en skrue i praksis er det maksimale drejningsmoment, der kan udøves, begrænset af: a) risikoen for vridningsbrud i skaftet, b) risikoen for oprivning af fordybningen og c) skruetrækkerens tilbøjelighed til udkobling fra fordybningen, det vil sige skruetrækkerens selvudrykning fra fordybningen som følge af reaktionskræfter.

Hvad a) og b) angår, kan disse problemer overvindes ved simpelthen at forøge styrken af skruens materiale, hvor det er nødvendigt, hvorimod c) indebærer et problem, som altid har været en overvejende årsag til vanskeligheder ved indskruning af sådanne skruer, og problemet kan kun overvindes eller formindskes væsentligt ved ændring af fordybningens udformning på baggrund af en rigtig forståelse af de mekaniske forhold under udkoblingsprocessen. Ved forskning har man nu fundet ud af, at tidligere forsøg og forslag til overvindelse af det omhandlede problem ikke har været fyldestgørende, fordi de har været baseret på en forkert forudsætning, nærmere betegnet en misforståelse af, hvad der i virkeligheden foregår, og hvad der medfører skruetrækkerens udkobling under den egentlige indskruning af en skrue.

Ved forsøg på at forbedre egenskaberne for en skrue af den angivne art har man hidtil antaget, at kontakten mellem den drivende side af en skruetrækkers vinge og den respektive drivende væg for fordybningens not er en kontakt af flade mod flade med udstrækning 2 148489 .over et bestemt berøringsareal mellem skruetrækkerens vingeside og notens væg. Forslagene til forbedring af egenskaberne ved ændringer i fordybningens udformning (dvs. geometrien) har således som udgangspunkt haft denne forudsætning, som man nu har fundet et være forkert.

I det teoretiske fuldkomne tilfælde, som man kan opnå eller nærme sig med en perfekt udformet fordybning og en nøjagtig tilsvarende skruetrækker (i ny tilstand), er der mulighed for flade mod flade berøring, men som senere forklaret er denne situation i størstedelen af tilfaldene i praksis ikke almindelig.

Som det senere i denne beskrivelse skal påvises i enkelthede^ er den virkelige stilling i praksis, at der kun er "punkt" kontakt mellen en kant af skruetrækkerens vinge og en kant af notvæggen, og det kan vises, at modstanden mod udkobling af skruetrækkeren er afhængig af opnåelse af maksimal friktionsmodstand mellem disse to kanter. Enhver ændring af fordybningens geometri udgående fra denne forudsætning medfører, at man i overvejelserne må medtage én parameter, der såvidt vides hidtil ikke har .været taget i betragtning under forsøg på at forbedre udkoblingsmodstanden for skruer af den. angivne art. Denne parameter er i geometrien for fordybningen kendt i praksis som "topkeglevinklen", nærmere betegnet den indvendige vinkel i spidsen af den koniske eller pyramideformede flade, som danner bundene i de radialt forløbende og diametralt modsat beliggende noter.

Man har nu opdaget, at størrelsen af topkeglevinklen spiller en meget vigtig rolle for egenskaberne af en skrue i henseende til modstand mod udkobling. Ved overvejelser vedrørende størrelsen af topkeglevinklen er der imidlertid andre vigtige faktorer at tage hensyn til.

Der er to vigtige kommercielle faktorer at tage i betragtning. Den ene af disse vedrører det antal forskellige skruetrækkerstørrelser, som er påkrævet til dækning af hele området af skruestørrelser. For mange år tilbage er den almindeligst brugte skrue af den angivne art den, der over hele verden er kendt under det indregistrerede varemærke "Pozidriv". For sådanne kendte skruer er der 5 grundstørrelser for fordybningen (betegnet 0, 1, 2, 3 og 4) og 5 hovedskruetrækkere, en for hver fordybningsstørrelse. Topkeglevinklen er den samme for hver fordybningsstørrelse, men proportionerne er forskellige. Den radiale udstrækning af noterne og bredden af hver not 3 148489 er størst i den længste fordybningsstørrelse og bliver gradvis mindre, efterhånden som fordybningsstørrelserne bliver mindre. Det samme gælder for skruetrækkeren i henseende til radial udstrækning og vingebredde.

En fordybningsstørrelse kan smedes til forskellige størrelser og typer af skruer, og indtrængningsdybden af fordybningen vil variere i overensstemmelse med skruehovedets størrelse og type (dvs. den vil være mindre for den mindste størrelse end for den største størrelse). Over hele området er der lige ved over 100 forskellige størrelser og typer af skruehoveder, og det er klart, at det ville være meget upraktisk at have et tilsvarende antal forskellige skruetrækkerstørrelser, så at man har en nøjagtigt passende skruetrækker for hver fordybningsstørrelse i hver skruestørrelse. Fordi topkegle-vinklen er den samme for hver fordybningsstørrelse, har man forestillet sig, at en enkelt skruetrækkerstørrelse kan bruges til ind-skruning af forskellige størrelser og typer af skruer, som alle har samme fordybningsstørrelse, forudsat at indgrebsdybden af skruetrækkerens næse selv i fordybningen med mindst indtrængningsdybde er tilstrækkelig til at sikre skruetrækkerens stabilitet under ind-skruningen. Man har ved forsøg fundet, at hele det almindeligvis i praksis anvendte område af skruetyper og størrelser kan dækkes ved hjælp af fem skruetrækkerstørrelser svarende til de fem fordybningsstørrelser.

Man har nu fundet, at der er en praktisk nedre gramse for, hvor meget fordybningens topkeglevinkel kan formindskes, idet en skruetrækkerstørrelse under denne grænse ikke er i stand til at bruges til samme antal forskellige skruestørrelser, således som det er tilfældet med den foran omtalte kendte fordybning. Formindskelsen af topkeglevinklens størrelse er således begrænset af nødvendigheden af at bibeholde muligheden for brug af en skruetrækkerstørrelse til et stort antal skruestørrelser, idet man ellers måtte have en kommercielt uacceptabel forøgelse af det antal skruetrækkere, som skal dække hele området af skruestørrelser.

Den anden faktor, der er af meget stor kommerciel og økonomisk betydning, er at hvis der forekommer nogen ændring i fordybningens form, skal den være således, at der vil være en tilfredsstillende grad af forenelighed mellem fordybningens nye form og skruerækkerne, som er blevet brugt til samvirken med den nævnte kendte fordybningsform. Det vil forstås, at dette er yderst ønskeligt, om 4 148489 ikke væsentligt, for at undgå udgifterne ved at skulle have et fuldstændig nyt sæt skruetrækkere, dersom der er nogen ændring i fordybningens form. Enhver ny fordybningsform skal således være forenelig med den gamle fonn for skruetrækkere, eller i det mindste skal det kun være nødvendigt med en billig mindre ændring for at gøre gamle skruetrækkere forenelige med enhver ny fordybningsform.

Opfindelsens formål er at tilvejebringe en forbedret fordybning i en skrue af den angivne art, således at der opnås en forøgelse af skruens egenskaber med henblik på det foran omtalte problem med skruetrækkerens udkobling, og så at den også tilfredsstiller de to foran nævnte kommercielle faktorer.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at noternes ydervægge ligger på en kegleflade med en topvinkel på mindst 40° og højst 45 .

Fortrinsvis har fordybningens kegleflade en topvinkel på 40°.

En skrue ifølge opfindelsen, hvor det generelt kvadratiske hulrum har V-formede render stående i forbindelse med noternes indre ender, er ejendommelig ved, at afstanden mellem diametralt modsat liggende render er væsentligt mindre end afstanden langs bundvæggen mellem diametralt modsatte noter.

Opfindelsen angår tillige en særlig skruetrækker til brug for en skrue ifølge opfindelsen, hvilken skruetrækker har en næse med radialt udragende vinger bestemt til indgreb med og hovedsagelig af samme form som noterne. Skruetrækkeren ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at topvinklen for den kegle eller pyramide, der indeholder fladerne af vingernes yderkanter, har en værdi i området fra 40° til 45°. Fortrinsvis har den nævnte topvinkel en værdi af 40°.

Endelig angår opfindelsen et stanseværktøj til formning af hovedet på en skrue ifølge opfindelsen, hvilket værktøj har en del til formning af skruens hoved og en derfra centralt udragende næse, som har radialt forløbende ribber til formning af noterne i skruens fordybning. Stanseværktøjet ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved, at topvinklen for den kegle eller pyramide, som indeholder fladerne af ribbernes yderkanter, har en værdi inden for området fra 40° til 45°. Fortrinsvis har vinklen en værdi af 40°.

5 148489

Den foran omtalte kendte fordybning (Pozidriv) har en top-keglevinkel på 52°. Med den foreliggende opfindelse, som angiver en så væsentlig reduktion i topkeglevinklens størrelse, ville man ikke vente, at det ville være muligt at opretholde (og endda forøge) fordybningens egenskaber til modvirkning af udkobling og fremdeles tilfredsstille den anden af de to foran omtalte kommercielle faktorer (dvs. forenelighed med den eksisterende skruetrækkerform).

Man har imidlertid i modsætning til en sådan forventning fundet, at den nye fordybning ved anvendelse i forbindelse med den eksisterende kendte skruetrækker er bedre til at hindre udkobling end den omtalte kendte fordybning (Pozidriv) anvendt i forbindelse med en sådan kendt skruetrækker (dvs. den kendte kombination med fordybning og skruetrækker ifølge Pozidriv).

Størsteparten af skruer af den angivne art har et hoved med større diameter end skruens skrueskårne skaft, og der skal være en tilstrækkelig metalmængde tilbage mellem fordybningens ydre begrænsning og hovedets yderside til at opretholde nødvendig styrke i hovedet, så at det kan modstå det under indskruning tilførte drejningsmoment, og så at der ikke er nogen fare for, at hovedet brister under formningen deraf. Der er også en grænse for fordybningens maksimale aksiale dybde, fordi fordybningens bund eller inderste del kan træde ind i skaftets øverste endedel i nærheden af hovedet og ikke må ligge så nær overgangen mellem skruens hoved og skaft, at der ved denne overgang opstår mulighed for en svækning, som vil kunne føre til brud mellem hoved og skaft ved udøvelse af dre j ningsmomente t.

Da den forbedrede fordybning ifølge opfindelsen har en mindre topkeglevinkel end den nævnte kendte fordybning, skal der være en tilsvarende reduktion i fordybningens aksiale dybde, så at man undgår svækning af skruehovedet, navnlig ved overgangen mellem hoved og skaft. Denne reduktion i fordybningens aksiale dybde kan imidlertid bruges fordelagtigt til overvindelse af et andet problem, som brugere af skruer med den kendte fordybning er truffet på. I den kendte fordybning er der V-formede render i væggene for fordybningens centrale hulrum på steder mellem i omkredsretningen på hinanden følgende noter, og disse renders vægge ligger i planer, der hælder indefter i retning mod fordybningens centrale akse.

.j 6 148489

Problemet i forbindelse hermed er, at skruetrækkeren er tilbøjelig til at komme i urigtigt indgreb med fordybningen. Når dette sker, i stedet for korrekt indgreb af skruetrækkerens vinger i fordybningens noter, kommer vingernes førende ender i berøring med de V-formede render mellem noterne, hvorved rigtig indskruning af skruen er umulig. Ved masseproduktionsteknik, hvor en kraftdreven skruetrækker bruges til indskruning af et stort antal skruer efter hinanden, kan skruetrækkeren være roterende, idet den anbringes foran- en fordybning, og denne praksis forøger i høj grad risikoen fpr, at det nævnte forkerte indgreb finder sted. Det medfører risiko for ødelæggelse af skruetrækkeren eller af fordybningen eller dem begge og dermed tab af kostbar tid.

På grund af fordybningens reduktion i aksial dybde er det at foretrække, men som senere forklaret ikke afgørende, at have en tilsvarende reduktion af dén aksiale længde på skruetrækkerens "næse" (dys. den forud kendte skruetrækker). Dette indebærer kun en simpel slibeoperation til fjernelse af en del af næsens ende, set i et plan vinkelret på skruetrækkerens akse, og dette medfører en forøgelse af den diametralt målte afstand mellem modstående vinger på skruetrækkeren ved denne ende af næsen. Man kan derved opnå, at denne afstand er større end afstanden mellem de bredeste dele af to modsatte V-formede render, når sådanne er tilstede i den nye fordybning, eller - udtrykt geometrisk for den nye.fordybning med V-formede render - afstanden målt vinkelret mellem de inderste ender af bundene i diametralt modsatte noter er.større end afstanden målt vinkelret mellem de brede dele af to diametralt modsatte V-formede render. Herved kan skruetrækkerens vinger nu ikke. komme i indgreb med de • V-formede render, og problemet med-urigtigt indgreb af skruetrækkeren er undgået.

I tilslutning hertil fører fordybningen ifølge opfindelsen til-yderligere forbedring med hensyn til fremstillingen af skruerne, forsåvidt angår det problem, som i teknikken kendes som "metal-. fortrængning", og denne side af opfindelsen behandles i enkeltheder i den følgende beskrivelse af en udførelsesform for opfindelsen og under henvisning til tegningen, på hvilken 7 148489 fig. 1 viser et planbillede af hovedet på en skrue med en udførelsesform for en fordybning ifølge opfindelsen, fig. 2 et snit efter linien 2-2 i fig. 1, fig. 3 set fra siden næsen af en skruetrækker i indgreb i fordybningen, fig. 4 et snit efter linien 4-4 i fig. 3, fig. 5 i perspektiv næsen af en skruetrækker i indgreb med fordybningen, fig. 6 og 7 diagrammer til anskueliggørelse af en fordel ved den nye fordybning, fig. 8 en skruetrækkers næse set fra siden, fig. 9, 10 og 11 skitser og kurver til anskueliggørelse af forskellige skruestørrelsers indskruning med en enkelt skruetrækkerstørrelse, fig. 12, 13 og 14 resultatet af forsøg med skruer med kendt fordybning og skruer med den nye fordybning, fig.15 og 16 set fra siden og fra enden en skruetrækker til brug for den i fig. 1 og 2 viste skruefordybning og fig. 17 og 18 set fra siden og fra enden at stanseværktøj til dannelse af en fordybning i et skruehoved.

I fig. 1 og 2 er en fordybning ifølge opfindelsen vist i forbindelse med en skrue, der har et undersænket hoved 10 og et skaft 11, og fordybningen består af et centralt hulrum 12, fra hvilket fire noter 13 udstråler radialt i form af et kors. I denne udførelsesform for opfindelsen er der mellem på hinanden følgende noter V-formede render 14. Hver not har modstående sidevægge 15 og 16 og en bund 17, og under forudsætning af en normal skrue med højregevind betegnes hver sidevæg 16 som notens drivende væg, dvs. den væg, som under indskruning af skruen er i berøring med en skruetrækkers dermed samvirkende vinge .

Bundene 17 i noterne har hver en let krumning og ligger på en kegleflade som vist med punkterede linier i fig. 2, og vinklen i spidsen af denne koniske flade betegnes som nævnt med topkeg-levinkel. I den foretrukne udførelsesform for fordybningen har vinklen 2 θ' en størrelse på 40°.

Sidevæggene 15 og 16 kan betragtes som liggende i parallelle planer, selv om disse sidevægge i praksis og som vist overdrevet i fig. 1 og 2 ligger skråt indad og nedad i fordybningen i ganske ringe grad, svarende til den normale "slipvinkel” på det stanseværktøj, som former fordybningen i skruehovedet.

148489 8 I fig. 3, 4 og 5 er næsen af en skruetrækker, som har vinger 18, vist i indgreb i fordybningen, og i fig. 4 og 5 ses forholdene for berøring mellem skruetrækker og fordybning, når der på skruetrækkeren udøves et drejningsmoment. På grund af normale ingeniørmæssige tolerancer slutter skruetrækkerens vinger ikke 100% nøjagtig i fordybningens noter, og der er visse spillerum mellem fladerne på vingerne og de tilsvarende flader i noterne. Disse spillerum er vist overdrevet i fig. 4 og 5, så at de kan skelnes.

Når der udøves et drejningsmoment til indskruning af skruen, er berøringen mellem en skruetrækkervinge 18 og en nots drivende væg 16 teoretisk en flade-mod-flade-berøring, men som følge af de omtalte spillerum er dette ikke således i praksis, idet berøringen i virkeligheden som vist er en punktberøring (se X i fig. 4 og 5) mellem en skruetrækkervinges kant 19 og notens kant 20, fig. 5.

Kanten 19 er kanten mellem skruetrækkervingens sideflade og endeflade, og kanten 20 er kanten mellem notens væg 16 og oversiden 21 af hovedet 10.

Forslag til forøgelse af modstanden mod udkobling ved denne fordybningstype har tidligere været baseret på den antagelse, at en plan flade glider i berøring med en anden, men dette er som nu påpeget ikke tilfældet i praksis, og man må antage, at dette er grunden til, at sådanne tidligere forslag ikke har fået særlig fremgang. Når man imidlertid har erkendt, at modstanden mod udkobling afhænger af friktionen mellem de nævnte to kanter i indbyrdes berøring under virkelig punktkontakt, vil det dreje sig om en betragtning af den tredimensionale geometriske relation mellem disse to kanters bevægelsesretninger. Når en udkobling begynder at finde sted, bevæger kontaktpunktet X sig indad langs kanten 20, idet kanten 19 løftes ud af fordybningen, og denne situation kan sammenlignes med bevægelse op ad et skråt plan (som har en meget stejl hældningsvinkel), og modstanden mod udkobling er ækvivalent med den vandrette kraft, der kræves til at skubbe en vægt opad langs det skråtliggende plan.

Det kan vises, at når hældningsvinklen vokser, kommer man til en kritisk værdi, ved og over hvilken der ikke vil finde nogen bevægelse sted uanset størrelsen af den udøvede kraft. Værdien af en sådan kritisk vinkel vil være afhængig af friktionskoefficienten ved kontaktpunktet mellem de to kanter.

9 148489

For en given friktionskoefficient har man fundet, at der er en kritisk værdi eller "kritisk vinkel", ved eller over hvilken der ikke vil finde nogen udkobling sted uanset den endebelastning, der udøves aksialt på skruetrækkeren. Man skal også tage hensyn til den tidligere nævnte faktor med metalfortrængning, som er velkendt i denne teknik og kun behøver en kort forklaring. Når stanseværktøjet former fordybningen i skruehovedet, er metallet tilbøjelig til at blive presset udad, og noternes sidevægge svarer ikke fuldstændigt til stanseværktøjets form. Dette er især iøjnefaldende ved "keglestubhoveder" og lignende hoveder, som ikke er indesluttet i en matrice under formning af fordybningen og derfor frit kan spredes radialt.

Fortrængningen betyder, at sidevæggene i en not ikke ligger parallelle planer (som vist på tegningen), men divergerer fra hinanden, og da fortrængningen har sin største virkning i området for det centrale hulrum 12, vil det sige, at sidevæggens kant 20 kan have en retningslinie strækkende sig generelt under en lille vinkel med det egentlige plan, hvori den skulle ligge (såfremt der ikke var fortrængning). En sådan linie er i fig. 4 angivet som punkteret linie Y, og den foran nævnte vinkel betegnes som "fortrængningsvinkel".

Virkningen af metalfortrængningen kan formindskes, dersom topkeglevinklen for fordybningen reduceres, hvilket vil betyde en reduktion af fortrængningsvinklen. Man har fundet, at reduktionen af størrelsen af fortrængningsvinklen i meget væsentlig grad bidrager til at forøge modstanden mod udkobling, og heraf følger, at man med hensyn til fordybningens udformning for desto bedre modstand mod udkobling, jo mindre topkeglevinklen er.

På grund af nødvendigheden af at bibeholde den foran nævnte faktor, hvorefter en enkelt skruetrækkerstørrelse skal kunne bruges til flere forskellige skruestørrelser, er der imidlertid i praksis en grænse for, hvor meget topkeglevinklen kan formindskes, og man har derfor måttet fastlægge størrelsen af denne laveste grænse for topkeglevinklen.

I denne forbindelse henvises der i det følgende til fig.

9, 10 og 11.

148489 ίο

De fuldt optrukne linier i kolonnerne I, II og III i fig. 9 viser konturerne af keglestubhoveder med gængse Pozidriv-fordybninger (dvs. den foran omtalte fordybning). I henseende til disse konturer er kolonnerne I, II og III ens, og rækkerne a, b, c og d viser skruekalibre 10, 8, 6 og 5 i en tilnærmelsesvis 10 gange større målestok. Disse fire størrelser er valgt, fordi de er almindeligt brugt, og, hvilket er vigtigere, fordi de betjenes med samme størrelse Pozidriv (dvs. skruetrækker nr. 2). Konturerne af den forbedrede fordybning ifølge opfindelsen er vist med punkterede linier.

Onder overvejelse -af måder til forbedring af en almindelig anvendt fordybning, er der også to andre konstruktionskriterier at tage hensyn til. For det første må diameteren af omskrivningscirklen over noterne ved hovedets top ikke forøges, fordi det ville medføre sandsynlighed for bristning af hovedet under koldform-ningen af fordybningen. Disse diametre er betegnet med symbolerne D , D, , D og D, i kolonne la til Id. ab c d

For det andet må, idet der som eksempel henvises til kolonne la, afstanden mellem overgangszonen 2a, hvor skaftet støder til hovedets underside, og det nederste hjørne 3a i fordybningen i den konventionelle Pozidriv ikke formindskes, sammenlign hermed 4a i den nye fordybning, idet styrken af forbindelsen mellem skaft og hoved eller ville blive mindre.

Udformningen af en forbedret fordybning med formindsket topkeglevinkel må derfor bygges på følgende overvejelser.

Under henvisning til kolonne la trækkes der gennem et punkt la, som ligger ved den sædvanlige totale diameter af vingerne ved hovedets overside, en linie 8a under en vinkel Θ' i forhold a til skruens centrale midterakse. Vinklen θ' kaldes den halve top- d vinkel, dvs. det halve af topkeglevinklen. En cirkel-bue med radius Ra og centrum midt i overgangszonen under hovedet trækkes gennem punktet 3a, som er det nederste hjørne af den gængse Pozidriv-fordyhninq. Skæringspunktet 4a mellem denne cirkelbue og linien 8a bestemmer det nederste hjørne af den nye fordybning og tilfredsstiller den betingelse, at afstanden til overgangszonen 2a er den samme som før. Punktet 4a bestemmer også diameteren d' ved bunden af den nye fordyb- cl ning, og denne diameter skal overholdes i hovedstørrelserne for skruekalibrene 8, 6 og 5 (vist henholdsvis i række b, c og d), så at det bliver muligt at bruge en enkelt skruetrækkerstørrelse.

148489 11

Ved konstruktion af den nye fordybning i skruekaliber 8 trækkes der gennem et punkt lb, som er beliggende ved den eksisterende diameter for den nuværende Pozidriv-fordybning, en linie under en vinkel Ø'b med skruens midterakse. Punktet 4b ligger på denne linie på diameteren d'^ og repræsenterer bunden af den nye fordybning. Konstruktionen af fordybningerne i skruekalibre nummer 6 og 5 foregår på nøjagtig samme måde. I kolonne I, rækkerne a til d, viser de punkterede linier de nye fordybninger, og det vil bemærkes, at θ' = θ' = θ' = θ' og d' = d' = d' = d' . a b c d^a b c d

Det vil også ses, at de tidligere nævnte styrkekrav til hoved/skaft er opfyldt, idet punkterne 4b, 4c og 4d falder uden for de respektive cirkelbuer med radius Rb, Rc og Rd.

Hele proceduren er blevet gentaget i kolonne II, rækkerne a til d, med en mindre værdi for vinklen Θ. dvs. Θ" etc. er mindre “ 3.

end Θ' etc.

a

Kolonnerne Id og Ild skal nu sammenlignes med hensyn til de resulterende dybder af de nye fordybninger i skruer med nr. 5 kaliber. Disse dybder er betegnet med h' og h", og det er uden videre klart, at fordybningens dybde formindskes ved mindre keglevinkel, dvs. h" er mindre end h'. Der kan tegnes et diagram til at vise, hvorledes fordybningens dybde i en skrue nr. 5 varierer med den valgte vinkel Θ. Et sådant diagram er vist i fig. 10, og det viser umiddelbart, at med en vinkel på tilnærmelsesvis 14° (dvs. en topkeglevinkel på 28°) vil dybden af fordybningen i hovedet på en nr. 5 skrue komme ned på nul.

Dette giver derfor en teoretisk absolut grænse. Formindskelsen af topkeglevinklen skal derfor standses et godt stykke før værdien 28° for at sikre, at der overhovedet bliver en fordybning i hovedet på en nr. 5 skrue.

Dette punkt skal uddybes nærmere under henvisning til kolonne III og betragtning af det drivende indgreb mellem skruetrækkerens vinge og notens væg.

Det følgende er baseret på betragtning af det teoretiske tilfælde, hvor der er kontakt flade mod flade mellem den drivende skruetrækkervinge og notvæggen, men dette er i og for sig foreneligt med det praktiske tilfælde, hvor der er kontakt kant mod kant, for når der først er etableret en tilstand, hvor der ikke opstår udkobling (uafhængigt af udøvet drejningsmoment), vil yderligere forøget drejningsmoment føre til arealberøring mellem skruetræk- 12 148489 kervinge og notvæg, idet der sker en gradvis voksende berøring fra et relativt forsvindende areal ved kantindgreb til det fulde areal ved iLadeindgreb.

Idet der henvises til kolonne Illa, svarer trapezet la-6a-5a-3a tilnærmelsesvis til det drivende areal i hver not i Pozidriv-fordybningen. Momentet af dette areal omkring skruens hovedakse giver en indicering af det drejningsmoment, som fordybningen kan overføre. For at sammenligne disse arealmomenter ved skruer af forskellige størrelser er det nødvendigt at udtrykke dem som en forholdsmæssig del af det polære moment af skaftets kernediameter eller for nemheds skyld af kernediameterens tredje potens. Disse momentforhold er angivet for Pozidrivskruer i fig. 11 (på ordinaten ved 26°) for alle de fire betragtede skruestørrelser. Det vil bemærkes, at forholdet er mindst for skruekaliber nr. 10, og at det tilnærmelsesvis er 0,074. Det må antages, at hvis dette forhold på 0,074 er tilfredsstillende for skruekaliber nr. 10 ved en Pozidriv-skrue, vil det være tilfredsstillende for et skruekaliber nr. 5 ved anvendelse af en.fordybning ifølge opfindelsen. Idet der igen henvises til kolonne Illa, svarer trapezet la-6a-7a-4a tilnærmelsesvis til det drivende areal i den nye fordybning, hvis form er vist i kolonne la. Lignende trapezer er vist i kolonne Illb, IIIc og Uld, og for disse kan man beregne forholdene mellem momentarealer og kernediameterens polære moment. For hver skruekaliber kan man således få en kurve, som viser dette momentforholds afhængighed af den halve keglevinkel Θ. Et sådant sæt kurver er vist i fig. 11, hvoraf det vil ses, at med Θ lig med 19° er momentforholdet for skruekaliber nr. 5 allerede i området for det kendte Pozidriv-skruekaliber nr. 10. Værdien 20° er derfor lidt på den sikre side og derfor angivet som foretrukken værdi (dvs. topkeglevin-kel 40°) for den nye fordybning, og det er også den nedre grænse for området af mulige værdier af den nye fordybnings topkeglevinkler.

Ved forsøg har man fundet, at fordybningens bedre modstand mod udrykning endnu kan opnås med en topkeglevinkel, som er nogle få grader over 40°, og de til dato udførte forsøg har ført til den antagelse, at en værdi på 45° i praksis er den øvre grænse for top-keglevinklens størrelse, ved hvilken modstanden mod udrykning selv 148489 13 under de dårligste betingelser endnu er væsentligt bedre end med de kendte fordybninger. Med de dårligste betingelser menes tilfældet med et skruehoved med maksimal vinkel for fortrængningen og minimal friktionskoefficient mellem materialerne i skruen og skruetrækkeren. Friktionskoefficienten vil variere med materialet i skruen og med, om denne har nogen overfladebehandling såsom belægning med cadmium. I praksis har man fundet, at den mindste friktionskoefficient er omkring 0,1, hvilket gælder for en cadmiumbelagt skrue, og for andre materialer er den fra omkring 0,15 til 0,2.

Som tidligere nævnt har man i modsætning til, hvad man kunne vente, fundet at modstanden mod udrykning med den nye fordybning ved anvendelse af den kendte skruetrækker er bedre end med den omtalte kendte fordybning. Det har altid tidligere været antaget under arbejde på dette tekniske område, at skruetrækkeren skulle passe til fordybningen og have samme topkeglevinkel som fordybningen. Nu har man imidlertid fundet, at dette er tilfældet, og selv om der skulle være andre, endnu ikke konstaterede grunde for den opnåede bedre modstand mod udrykning, menes den væsentligste grund at være som forklaret i det følgende.

I fig. 6 er konturerne af den kendte fordybning vist med fuldt optrukne linier, medens konturerne af den nye fordybning er vist med stiplede linier. Vinklen mellem linierne 22 er topkeg-levinklen, og linien 23 angiver bundplanet for den nye fordybning.

Fig. 8 viser skematisk næsen af den kendte skruetrækker, og med stregpunkterede linier er vist den del, der er bortslebet, når skruetrækkeren skal bruges til den nye fordybning. Dersom man forestiller sig denne skruetrækker indført i den nye fordybning, vil skruetrækkerens næse i fig. 6 være begrænset af de fuldt optrukne linier 24 og den stiplede linie 23. Da topkeglevinklen i den nye fordybning er mindre end skruetrækkerens, trænger skruetrækkervingernes kantflader 25 dybere ind i fordybningens noter end kantfladerne på en skruetrækker, der har samme topkeglevinkel som fordybningen (under iagttagelse af de tidligere omtalte normale konstruktionstolerancer). Når der nu udøves et drejningsmoment på skruetrækkeren, vil berøringspunktet mellem skruetrækkerens vinge-flade og notvæggen (X i fig. 4) befinde sig ved eller nærmere den yderste ende af kanten af notvæggen (se X' i fig. 6). Det nævnte berøringspunkt ligger således ved eller nærmere det sted, hvor virkningen af metalfortrængning er nul eller på et minimum, og dermed 14 148489 er også fortrængningsvinklen nul eller mindst mulig. Heraf følger -at .betingelserne for modstand mod udrykning er gunstigere end i det tilsvarende tilfælde med kendt fordybning og skruetrækker i kombination.

Da endvidere berøringsstedet mellem skruetrækkervinge og notvæg (X*) ligger længere fra skrueaksen, vil momentarmen for udøvet drejningsmoment med den nye fordybning og den kendte skruetrækker være større end ved den tilsvarende kombination af kendt fordybning og skruetrækker.

En yderligere fordel ved den nye fordybning vil fremgå ved betragtning af fig. 7 og ved yderligere henvisning til fig. 6.

De fylde linier i fig. 6 viser som nævnt konturerne af den kendte fordybning, medens de stiplede linier viser konturerne af den nye fordybning. Ved udmundingen eller åbningen har man holdt diameteren mellem de yderste ender af modsatte noter på samme værdi i den nye fordybning som i den kendte fordybning, så at man undgår risiko for svækkelse af hovedet, hvilket kunne give anledning -til: brud under formningen af fordybningen.

I fig. 7 er den skraverede del et snit gennem den kendte skruetrækker, hvis form er tilpasset efter den kendte fordybning (dvs. et snit langs den punkterede linie 26 i fig. 8), og skruetrækkerens næse har været orienteret ukorrekt i forhold til fordybningen, så at skruetrækkervingerne 25 i stedet for at gribe ind i noterne 27 er kommet i berøring med den bredeste del af hver af de V-formede render 28. I den nye fordybning, se fig. 5, er imidlertid som følge af formindskelsen af topkeglevinklen fordybningens totale aksiale dybde blevet formindsket, og afstanden C målt mellem bundene af diametralt modsatte noter ved fordybningens indre ende er større end den tilsvarende afstand D i den kendte fordybning.

Af dette fremgår, at en skruetrækker, hvis form svarer nøjagtig til den nye fordybning (dvs. samme topkeglevinkel), vil have skruetrækkervinger, der aksialt er kortere end vingerne på den kendte skruetrækker, og også afstanden mellem yderkanterne på modsatte skruetrækkervinger ved skruetrækkerens ende vil svare, til afstanden C, som er større end afstanden D mellem de yderste ender på diametralt modsatte skruetrækkervinger på den kendte skruetrækker.

Ved betragtning .af fig. 7 vil det ses, at forøgelsen af afstanden mellem de yderste ender af diametralt modsatte skruetrækkervinger med denne skruetrækkerform svarende nøjagtig til den nye 148489 15 fordybning (som vist stiplet i fig. 6) betyder, at denne afstand C nu er større end afstanden D mellem den bredeste del af en V--formet rende og den bredeste del af den diagonalt modsatte rende. Dette betyder at hvis skruetrækkeren orienteres ukorrekt ud for fordybningen på den i fig. 7 viste måde, kan skruetrækkervingerne nu ikke komme i indgreb med de V-formede render, og herved ukorrekt indgreb af skruetrækkeren i fordybningen positivt undgået.

Selv om man tager den afkortede form for den kendte skruetrækker, som er afslebet på enden langs linien 30, fig. 8, vil det ses, at man opnår de samme betingelser, og at der ikke kan foregå noget ukorrekt skruetrækkerindgreb med den nye fordybning.

Der er fremdeles en yderligere fordel ved at anvende den kendte skruetrækker (afkortet som anført) i forbindelse med den nye fordybning, og det er i sådanne tilfælde, hvor en skrue skal ind-skrues, hvor der er snæver plads, og hvor det ikke er muligt at bringe skruetrækkerens akse nøjagtig på linie med skruens akse.

Dette er f.eks. tilfældet ved indskruning af en skrue i et arbejdsemne i nærheden af et hjørne, hvor det kan være nødvendigt at holde skruetrækkeren skråt i forhold til skrueaksen, ofte under en vinkel på 6°-7°, fordi den af hjørnet bevirkede hindring ikke gør det muligt at holde skruetrækkeren i nøjagtig forlængelse af skrueaksen.

Når man bruger en skruetrækker svarende nøje til formen af fordybningen i skruen, er det meget vanskeligt at skrue skruen helt ind på tilfredsstillende måde, og det sker ofte, at når skruen nærmer sig sin endelige stilling, vil den forøgede modstand fremkalde udrykning af skruetrækkeren, og resultatet er at skruen i de fleste tilfælde ikke kan skrues helt ind, og at brug af større kraft under forsøg på at skrue skruen helt i bund medfører oprivning af fordybningen eller brud på skrueskaftet.

Ved anvendelse af den kendte skruetrækker i forbindelse med den nye fordybning, vil der imidlertid, da skruetrækkerens top-keglevinkel er større end fordybningens, være et vinkelspillerum af størrelsesordenen 6° mellem bundene i fordybningens noter og de tilsvarende flader på skruetrækkervingerne, når skruetrækkeren føres aksialt ind i fordybningen, og som følge heraf kan skruetrækkeren holdes skråt under en sådan vinkel bort fra skrueaksen, og skruetrækkerens vinger vil stadig holdes i tilfredsstillende drivende berøring med fordybningens noter. Det vil forstås, at da sidevæggene i den nye fordybnings noter ikke er virkeligt parallelle, men har en vis "slipvinkel" som tidligere omtalt, vil der ved skrå- • 16 148489 stilling af skruetrækkeren i forhold til fordybningen og i retning, af to modstående vinger være mulighed for, at de andre to modstående vinger,, som står vinkelret på de første to vinger, også kan stille sig skråt på grund af den lille spidsning eller slipvinkel af noternes vægge. Forsøg har godtgjort, at det med denne mulighed for skråstilling af den kendte skruetrækker ved indgreb i den nye fordybningsform er muligt på tilfredsstillende måde at skrue skruer helt i bund på sådanne begrænsede steder, hvor virkelig aksial flugt af skruetrækker og skrue ikke er opnåelig.

Der er blevet udført forsøg med et antal skruer for at påvise, at fordybningen ifølge opfindelsen med en topkeglevinkel på 40° giver væsentlig bedre modstand mod udrykning end opnåeligt med den kendte fordybning. Det til disse forsøg anvendte apparat har en matrice, hvori den under forsøg værende skrue skrues med en belastning på ca. 1 kg på den spidse ende. Matricen indbefatter spændingsmålere, som måler det udøvede drejningsmoment i det øjeblik, hvor udrykning opstår. Resultaterne af nogle af disse forsøg er vist i fig. 12, 13 og 14.

For at prøve skruerne under betingelser, der svarer til de i praksis forekommende (f.eks. på et værksteds gulv), gav man skruetrækkerens æg i forsøgsopstillingen en vinkel på 5° forskel : fra aksen for den skrue, der skal indskrues, og man valgte en skrue med-keglestubhoved og af kaliber nr. 6, fordi dette er en meget populær størrelse, og fordi keglestubhovedet har nogen metalfortræng--ning i sin fordybning.-Fig. 12 viser de opnåede resultater med forsøg med skrue nr. 6 med den kendte fordybning og med den kendte : skruetrækker. Det først observerede var, at det vist sig umuligt ' at indskrue flere end ti skruer med en skruetrækker, før dennes æg blev så slidt, at den måtte udskiftes, og man.måtte derfor bruge . - otte- skruetrækkerægge til de undersøgte firs skruer.

Fra tidligere erfaringer er det fastslået, at et tal på 5,09 Nm må anses for at være maksimal sikkerhedsgrænse for det drejningsmoment, der kan bruges på skrue nr. 6, idet et større drejningsmoment medfører risiko for brud i skrueskaftet under hovedet. Ved de i fig. 12 omhandlede forsøg blev det udøvede drejningsmo-; ment derfor begrænset til værdien 5,09.Nm, såfremt udrykning ik--- ke tidligere var sket ved et lavere drejningsmoment.

Af fig. 12 vil det ses, at af de firs prøvede skruer nåede 148489 17 kun seks det maksimale sikkerhedsmoment uden forekomst af udrykning. For resten af skruerne forekom udrykning ved vidt forskellige drejningsmomenter under grænseværdien, nogle allerede ved så lave værdier som o,23 Niti, oa resultaterne viste i høj grad uoverensstemmelse i egenskaberne for den ene og den anden skrue.

Fig. 13 viser de opnåede resultater ved forsøg på skruer nr. 6 med keglestubhoved og den nye fordybning og ved anvendelse af den kendte skruetrækker efter afkortning af denne ved bortslibning af en del af næsen som foran forklaret, og det første, der bemærkes, er at det var muligt at prøve over tres skruer med samme skruetrækkeræg, og årsagen hertil er, at da størstedelen af forsøgene først stoppede ved det maksimale drejningsmoment, uden at nogen udrykning var indtruffet, blev skruetrækkeren ikke beskadiget som følge af udrykningen. I nogle enkelte tilfælde forøgedes drejningsmomentet til over 5,09 Nm, uden at der skete nogen udrykning.

Nogle af de prøvede skruer var cadmiumbelagt, og i fig.13 er de tilsvarende forsøg markeret med X for at angive de tilfælde, hvor forsøget sluttede, før værdien 5,09 Nm for drejningsmoment var nået, men det var på grund af svigten af skruehovedet og ikke på grund af udrykning. Forklaringen herpå er, at cadmiumbelægningen formindsker friktionsmodstanden mellem skruens gevind og det materiale, hvori skruen indskrues, og dermed også friktionsmodstanden under skruens hoved med det resultat, at der kan frembringes større spænding i skaftet af den cadmiumbelagte skrue end i en tilsvarende ikke belagt skrue ved samme drejningsmoment. Da der ikke finder nogen udrykning sted, kan denne forøgelse af spændingspåvirkningen være tilstrækkelig til at bevirke brud i skaftet under hovedet.

De samme forsøg blev også udført på skruer nr. 6 med keglestubhoved og med den nye fordybning, men med anvendelse af den kendte skruetrækker i dennes oprindelige form (dvs. ikke afkortet), se fig. 14, og man fandt, at de opnåede resultater meget nær var de samme som vist i fig. 13 (dvs. længere levetid for skruetrækkeren og tilsvarende forbedret modstand mod udrykning), blot med den undtagelse, at i tilfælde af cadmiumbelagte skruer (som i fig. 14 er markeret med X) udrykning af skruetrækkeren fandt sted ved et lavere drejningsmoment i stedet for svigten af skruen som ved de i fig. 13 viste forsøg.

148489 18

De foran beskrevne forsøg viser, at der med den nye fordybning kan forventes en meget væsentlig forøgelse af skruetrækkerens levetid, og i tilslutning hertil opnås der også fordele med hensyn til det værktøj (dvs. stanseværktøjerne), som anvendes til formning af den nye fordybning.

X den foreliggende kommercielle udførelsesform for den kendte fordybning er denne i forsøg på at forbedre modstanden mod udrykning således konstrueret, at den drivende væg i hver not ligger i et plan, som er skråt under en meget lille vinkel udad bort fra skrueaksen og i retning nedad bort fra fordybningens munding, eller udtrykt på simpel mekanisk måde, den drivende væg er "underskåret". Den modstående væg i hver not har en lignende, men indadgående tilspidsningsvinkel for at ligge i et parallelt plan. Dette har imidlertid aldrig fået nogen særlig virkning med hensyn til forbedring af modstanden mod udrykning, fordi det var baseret på den teoretiske antagelse af flade-mod-flade-berøring (hvilket som foran forklaret ikke er almindeligt i praksis). Den angivne form for fordybning var desuden vanskelig at fremstille, stanseværktøjerne til formning af fordybningerne var besværlige at udføre og desuden udsat for mere end normalt slid som følge af de manglende normale positive slipvinkler på den flade af stanseværktøjet, som tildanner noternes drivende vægge.

Med den nye fordybning kan stanseværktøjet have de ønskede positive slipvinkler på alle flader i overensstemmelse med god smedepraksis, og derved kan der opnås længere levetid af værktøjet end i det foran omhandlede tilfælde. Endvidere bidrager det større overfladeareal af stanseværktøjets næse og den mindre dybde af fordybningen begge til forlængelse af levetiden for stanseværktøjet.

Mod afslutningen af den normale levetid for et stanseværktøj, som frembringer den nye fordybning, og på grund af normalt slid på stanseværktøjet vil der efterhånden blive mindre metalforskydning under fordybningens formning, og der vil blive overskydende metal tilbage i fordybningen, mest i fordybningens indre områder, som dannes af stanseværktøjets næse (dvs. at fordybningens indre områder vil være lidt i understørreIse i sammenligning med en fordybning, som formes ved begyndelsen af stanseværktøjets brug). Dette vil imidlertid ikke være til skade for virkemåden af en fordybning fremstillet ved slutningen af stanseværktøjets levetid, fordi det foran nævnte vinkelspillerum mellem den nye fordyhning og den kendte skruetrækker er tilstrækkelig til tilpasning til ethvert 148489 19 metaloverskud i fordybningen.

Opfindelsen indbefatter også en ny skruetrækker til brug i forbindelse med den nye fordybning, og en udførelsesform for denne nye skruetrækker til anvendelse i forbindelse med den i fig. 1 og 2 viste fordybning er vist i fig. 15 og 16, set henholdsvis fra siden og fra enden. Skruetrækkeren har vinger 30 og i tværsnit V-formede ribber 31 til indgreb i noten og V-formede render i fordybningen, og de er udformet på næsen af skruetrækkeren ved enden af et skaft 32. Skaftet 32 kan være et kort skaft, så at det kan anbringes i et drevet værktøj eller i et længere skaft med håndtag på sin ende til manuelt brug. Den indesluttede vinkel for keglen (eller pyramiden), som indeholder flader for ydersiderne af vingerne 30, har en værdi liggende i området fra 40° til 45° og er i den foretrukne udførelsesform 40°. Denne nye form for skruetrækkeren, som er forenelig med den nye fordybning, foretrækkes til indskruning af selvskærende skruer og selvborende og skærende skruer, når det er ønskeligt at opnå god pasning i fordybningen for at holde skruetrækkeren helt på linie med fordybningen. Desuden kan nogle brugere . lide at kunne "sætte" en skrue på skruetrækkerens ende, når en skrue skal anbringes under trange forhold, og i så fald foretrækkes også den nye tilpassede skruetrækker. Selv om det ikke er afgørende, foretrækkes den nye form for skruetrækker således i visse tilfælde.

Af denne grund er beregningen af den foretrukne og minimale topkeglevinkel på 40°, se fig. 9, blevet baseret på kombinationen af den nye fordybning og den nye forenelige skruetrækker for at give det teoretisk fuldkomne tilfælde. Med de omtalte forsøg er det imidlertid blevet påvist, at den forbedrede modstand mod udrykning fra fordybningen ifølge opfindelsen fremdeles opnås ved anvendelse af den kendte form for skruetrækker (topkeglevinkel på 52°).

Det er også inden for opfindelsens ramme at angive et nyt stanseværktøj til formning af en fordybning i et skruehoved, og det er vist set fra siden i fig. 17 og fra enden i fig. 18. Stanseværktøjet har en hoveddel 40 med en hulhed 41 til formning af den ønskede hovedform, og en udragende næse af stanseværktøjet har ribber 42 til dannelse af fordybningens noter og V-formede ribber 43 til dannelse af fordybningens V-formede render som vist i fig.

1 og 2, og den indesluttede keglevinkel (eller pyramidevinkel) mellem de flader, som danner ydersiderne af ribberne 42, har en værdi liggende i området fra 40° til 45° og er i den foretrukne udførelsesform 40°.

Claims (4)

20 148489 PATENTKRAV.

1. Skrue, der består af et langstrakt skrueskåret skaft (11) strækkende sig langs en central længdeakse og med et hoved (10) ved den ene ende, hvilket hoved har en yderside med en korsformet fordybning gående indad fra ydersiden langs længdeaksen og sluttende med en bundvæg, hvilken fordybning indbefatter et centralt hulrum (12) med generelt kvadratisk tværsnit fra dets yderste ende til dets bund, og som er jævnt tilspidsende fra et maksimalt tværsnit ved hovedets yderside til et mindste tværsnit ved den nævnte bundvæg, og hvilken fordybning yderligere indbefatter fire noter (13) gående radialt udad fra det centrale hulrum (12) med 90° mellemliggende vinkler og symmetrisk i forhold til længdeaksen, og hver not (13) strækker sig udefter fra midten af en side af det generelt kvadratiske tværsnit af det centrale hulrum (12) og er afsluttet med en ydervæg, som forløber skråt nedad og indad fra skruehovedets yderside til bundvæggen, kendetegnet ved, at noternes (13) ydervægge (17) ligger på en kegleflade med en topvinkel (2 · Θ) på mindst 40° og højst 45°.

2. Skrue ifølge krav 1, kendetegnet ved, at fordybningens kegleflade har en topvinkel (2 ·'©) på 40°.

3. Skrue ifølge krav 1 eller 2, hvor det generelt kvadratiske hulrum (12) har V-formede render (14) stående i forbindelse med noternes (13) indre ender, kendetegnet ved, at afstanden mellem diametralt modsat liggende render er væsentligt mindre end afstanden langs bundvæggen mellem diametralt modsatte noter (13).

4. Skruetrækker til brug før en skrue ifølge ethvert af kravene 1 til 3, hvilken skruetrækker har'en næse med radialt udragende vinger (18) bestemt til indgreb med og hovedsagelig af samme form som noterne (13), kendetegnet ved, at topvinklen for den kegle eller pyramide, der indeholder fladerne af vingernes (18) yderkanter, har en værdi i området fra 40° til 45°.