PL196600B1 - Wkrętak do wprowadzenia w zagłębienie w łbie gwintowanego elementu złącznego - Google Patents

Abstract

1. Wkr etak do wprowadzenia w zag lebienie w lbie gwintowanego elementu z lacznego, za- wierajacy trzonow a cz esc i ko ncówk e na ko ncu cz esci trzonowej, maj ac a srodkowy rdze n i wiele ostrzy odchodz acych promieniowo od tego rdzenia, a ka zde ostrze ma co najmniej jedn a nap edzaj ac a sciank e i zewn etrzn a scian- k e, oraz co najmniej jedno zeberko utworzone na co najmniej jednej nap edzaj acej sciance co najmniej jednego ostrza, które to zeberko jest umieszczone zasadniczo prostopadle do ze- wn etrznej scianki ostrza, znamienny tym, ze co najmniej jedno zeberko (60) ma pole prze- kroju poprzecznego zmniejszaj ace si e w kie- runku promieniowym do wewn atrz. PL PL PL

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (21) Numer zgłoszenia: 380639 (22) Data zgłoszenia: 01.10.1998 (62) Numer zgłoszenia, z którego nastąpiło wydzielenie:

339656 (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

01.10.1998, PCT/US98/20508 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

15.04.1999, WO99/18361 PCT Gazette nr 15/99 (11) 196600 (13) B1 (51) Int.Cl.

B25B 15/02 (2006.01) (54) Wkrętak do wprowadzenia w zagłębienie w łbie gwintowanego elementu złącznego (30) Pierwszeństwo:

03.10.1997,US,08/943,341 (43) Zgłoszenie ogłoszono:

02.01.2001 BUP 01/01 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

31.01.2008 WUP 01/08 (73) Uprawniony z patentu:

PHILLIPS SCREW COMPANY,Wakefield,US (72) Twórca(y) wynalazku:

Barry J. Hughes,Gloucester,US Michael L. Mowins,Gloucester,US (74) Pełnomocnik:

Jan Wierzchoń,

JAN WIERZCHOŃ & PARTNERZY,

Biuro Patentów i Znaków Towarowych Sp.J.

⁽⁵⁷⁾ 1. Wkrętak do wprowadzenia w zagłębienie w ł bie gwintowanego elementu złącznego, zawierający trzonową część i końcówkę na końcu części trzonowej, mającą środkowy rdzeń i wiele ostrzy odchodzących promieniowo od tego rdzenia, a każde ostrze ma co najmniej jedną napędzającą ściankę i zewnętrzną ściankę, oraz co najmniej jedno żeberko utworzone na co najmniej jednej napędzającej ściance co najmniej jednego ostrza, które to żeberko jest umieszczone zasadniczo prostopadle do zewnętrznej ścianki ostrza, znamienny tym, że co najmniej jedno żeberko (60) ma pole przekroju poprzecznego zmniejszające się w kierunku promieniowym do wewnątrz.

PL 196 600 B1

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy wkrętaka do wprowadzenia w zagłębienie w łbie gwintowanego elementu złącznego.

Zastosowanie narzędzi elektrycznych do wkręcania gwintowanych elementów złącznych z dużą prędkością i za pomocą dużych momentów obrotowych powoduje przykładanie dużych sił przez wkrętak do elementu złącznego. Chociaż opracowano wiele systemów napędzania gwintowanych elementów złącznych, zwłaszcza tych, które są wyposażone w przeznaczone do wprowadzenia wkrętaka zagłębienie w łbie elementu złącznego mającego powierzchnie współpracujące z odpowiednimi powierzchniami wkrętaka, to w praktyce trudno jest osiągnąć idealne dopasowanie pomiędzy powierzchniami zagłębienia i wkrętaka. Zamiast międzypowierzchniowego dopasowania wkrętaka i elementu złącznego, przy którym obciążenie napędzające może być rozłożone na szerokie pole powierzchni, współpraca wkrętaka z zagłębieniem często jest skupiona w niewielkich obszarach lub punktach. Może to być spowodowane wieloma czynnikami, takimi jak niedokładności wykonania elementu złącznego lub wkrętaka, jak również utrudnieniem uwarunkowanym otoczeniem. Utrudnienia takie mogą obejmować np. niedopasowanie wkrętaka do elementu złącznego lub niemożliwość pełnego wprowadzenia wkrętaka w zagłębienie ze względu na farbę lub inne odpadki, które mogły zgromadzić się w zagłębieniu. Nawet niewielkie niedopasowanie pomi ędzy wkrętakiem a elementem złącznym lub odchylenie elementu złącznego lub wkrętaka od danych technicznych, może spowodować znaczne zmniejszenie pola powierzchni kontaktu pomiędzy wkrętakiem a elementem złącznym, co w wielu przypadkach powoduje prawie punktowy styk kilku części wkrętaka i elementu złącznego. Przyłożenie dużego momentu obrotowego w takich warunkach nieuchronnie powoduje skupione naprężenia w materiałach wkrętaka i zagłębienia, co z kolei może doprowadzić do uszkodzenia materiału albo przez odkształcenie plastyczne, albo przez pęknięcie. Nawet niewielkie odkształcenie plastyczne współpracujących powierzchni zagłębienia i wkrętaka może mieć szkodliwy wpływ na działanie tego systemu. Jeżeli nastąpi odkształcenie zagłębienia z utworzeniem powierzchni pochylonych względem pionu, wówczas wkrętak może wyskakiwać z zagłębienia pod wpływem przyłożonego obciążenia. Takie wyskakiwanie jest niepożądane nie tylko dlatego, że powoduje przedwczesne lub niekontrolowane rozłączenie wkrętaka i elementu złącznego, ale również dlatego, że nagle wyślizgujący się wkrętak może uszkodzić opracowywany przedmiot. Ponadto nadmierne naprężenie w ostrzu wkrętaka przy poruszaniu elementu złącznego może spowodować odkształcenie ostrza w taki sposób, że zmniejszy się pole powierzchni styku z elementem złącznym, a obszar styku przesunie się promieniowo do wewnątrz, zmniejszając przez to skuteczność współpracy wkrętaka z zagłębieniem i zwiększając ryzyko uszkodzenia. Nawet jeśli ścianki boczne wkrętaka i skrzydła zagłębienia są dopasowane w szerokim styku międzypowierzchniowym, to punkt, w którym wypadkowa siła jest przykładana przez wkrętak do ścianki bocznej zagłębienia, jest usytuowany w środku działania leżącym zwykle w obszarze środkowym ścianki bocznej. W konsekwencji wypadkowa siła jest przykładana w miejscu, które jest zasadniczo usytuowane promieniowo do wewnątrz od obwodu ścianki bocznej. Powyższe trudności mogą występować niezależnie od tego, czy element złączny jest wkręcany, czy wykręcany. W wielu zastosowaniach możliwość szybkiego i sprawnego wykręcenia elementu złącznego jest przynajmniej tak samo ważna jak jego wkręcenie.

Opracowano wiele systemów zagłębienia i wkrętaka, by polepszyć sprawność systemu napędzania, by zmniejszyć ryzyko wyskakiwania, jak również polepszyć inne aspekty systemu napędzania. Jeden taki system, który znalazł zastosowanie w lotnictwie, ujawniono w opisie patentowym USA nr Re. 24.878 (Smith i in.). Zagłębienia są utworzone przez trzy lub cztery skrzydła, które przebiegają promieniowo od środkowej części zagłębienia. Każde skrzydło ma ściankę wkręcania i ściankę wykręcania, przy czym obie te ścianki są zasadniczo pionowe, to znaczy leżą w płaszczyźnie równoległej do osi środkowej elementu złącznego. Wkrętak ma kształt komplementarny. System ten ma wspomagać osiowe ustawienie wkrętaka i elementu złącznego przez eliminowanie tendencji wkrętaka do przechylania się w zagłębieniu oraz by powstrzymywać wkrętak przed wyskakiwaniem. Ustawienie osiowe i peł ne osadzenie wkrę taka w zagłębieniu jest waż ne dla osią gnię cia zalet dawanych przez pionowo usytuowane ścianki wkręcania i wykręcania. Nawet przy takim systemie przyłożenie dużych momentów obrotowych może spowodować pewne odkształcenie skrzydeł wkrętaka w taki sposób, który dąży do zmniejszenia obszaru kontaktu pomiędzy ostrzami wkrętaka a ściankami skrzydeł zagłębienia, jak również do przesunięcia obszaru stykowego promieniowo do wewnątrz. To z kolei zwiększa ryzyko

PL 196 600 B1 odkształcenia plastycznego zagłębienia, które może prowadzić do stopniowego pogorszenia sprzężenia wkrętaka z zagłębieniem z wynikowymi szkodliwymi konsekwencjami.

Inny system wkrętaka i zagłębienia ujawniono w opisie patentowym USA nr 3.237.506 (Muenchinger), który jest stosowany w elementach złącznych opracowanych do zastosowań przemysłowych pod oznaczeniem handlowym Pozidriv®. Jedną z właściwości systemu Pozidriv® jest to, że ścianki boczne każdego ze skrzydeł zagłębienia leżą w płaszczyźnie, która jest zasadniczo pionowa. Przy tworzeniu takich zasadniczo pionowych ścianek bocznych typowym sposobem spęczania łba na zimno, według którego dwuuderzeniowa maszyna spęczająca uderza w koniec drutu lub innego materiału, z którego wytwarzany jest element złączny, podczas gdy drut ten jest wsparty w matrycy maszyny spęczającej, najpierw za pomocą stempla, który tworzy częściowo ukształtowany łeb na końcu półwyrobu elementu złącznego, a następnie za pomocą końcowego stempla, który wykańcza łeb i kształtuje zagłębienie przeznaczone do współpracy z wkrętakiem. Operację tę przeprowadza się automatycznie i z dużą prędkością. Stemple uderzają w łeb półwyrobu elementu złącznego i są odprowadzane od niego wzdłuż osi wzdłużnej półwyrobu elementu złącznego. Proces spęczania łbów jest ograniczony przez to, że konstrukcja zagłębienia powinna być pozbawiona obszarów podciętych, to znaczy obszarów, które, chociaż są kształtowane, gdy stempel uderza w łeb elementu złącznego, są likwidowane przy wycofywaniu stempla. Opis patentowy Muenchinger'a ujawnia konfigurację zagłębienia i stempla przeznaczoną do zmniejszania lub eliminowania zjawiska odchodzenia metalu, które występuje przy kształtowaniu stemplem zagłębienia w łbie elementu złącznego. Wynikiem zjawiska odchodzenia metalu jest to, że zagłębienie nie jest dokładnie zgodne z kształtem stempla tworzącego zagłębienie. Brak dokładnej zgodności powoduje powstawanie zagłębienia, które będzie powodowało zwiększone wyskakiwanie wkrętaka i będzie zmniejszało stabilność wkrętaka, powodując w efekcie luźne, chybotliwe pasowanie pomiędzy wkrętakiem a zagłębieniem. Trudności te powodują zmniejszoną możliwość przenoszenia momentu obrotowego przez wkrętak współpracujący z elementem złącznym.

Opisy patentowe USA nr 4.187.892 (Simmons) i 5.120.173 (Grady) ujawniają system napędzania gwintowanych elementów złącznych, w którym zastosowane są świadomie odkształcalne żeberka na co najmniej dwóch współpracujących z wkrętakiem ściankach bocznych zagłębienia i/lub wkrętaka. Żeberka te odstają nieco od ścianek bocznych i są przeznaczone do odkształcenia ich lub do powodowania odkształcenia żeberek, z którymi stykają się, w taki sposób, by spowodować zablokowane pasowanie. Takie zablokowane pasowanie żeberek przeciwdziała wypadaniu wkrętaka. Żeberka zabezpieczające przed wypadaniem wkrętaka mogą być zastosowane w zagłębieniach posiadających zasadniczo pionowe ścianki napędzające, jak również w takich zagłębieniach, w których ścianki boczne są znacznie odchylone od pionu. Żeberka tworzone są w procesie spęczania łba na zimno w maszynie dwuuderzeniowej.

Chociaż zastosowanie żeberek zabezpieczających przed wyskakiwaniem wkrętaka na elementach złącznych z łbem posiadającym zagłębienie znacznie polepsza wkręcanie i wykręcanie takich elementów złącznych, niektóre rodzaje elementów złącznych z łbem posiadającym zagłębienie mogą wymagać kompromisów w konstrukcji, by wykorzystać zalety żeberek zabezpieczających wkrętak przed wyskoczeniem. Takie żeberka zabezpieczające wkrętak przed wyskoczeniem nie mogą być kształtowane w taki sposób, który by powodował pozostawanie podcięcia, na skutek którego żeberko byłoby odrywane przy odwodzeniu stempla kształtującego zagłębienie. W zagłębieniach z zasadniczo pionowymi ściankami bocznymi żeberko zabezpieczające wkrętak przed wyskakiwaniem musi być zasadniczo pionowe i równoległe do osi elementu złącznego. Chociaż byłoby pożądane umieszczenie takich żeberek w maksymalnej promieniowej odległości od środkowej osi elementu złącznego, to znaczy w położonych bardziej promieniowo na zewnątrz obszarach bocznych ścianek zagłębienia, wysokość ścianek bocznych zagłębienia stopniowo maleje w kierunku do ich promieniowych końców. W konsekwencji pionowa wysokość ż eberka jest nieuchronnie bardzo mał a w kierunku do promieniowych końców. Z żeberkiem takim może współpracować ostrze użebrowanego wkrętaka tylko przy górnym końcu zagłębienia w pobliżu górnej powierzchni łba elementu złącznego. Tak usytuowane krótkie żeberko stwarza większe ryzyko nieprawidłowego pasowania lub braku pasowania względem użebrowanego wkrętaka. W konsekwencji żeberko zabezpieczające przed wypadaniem wkrętaka, zwłaszcza w zagłębieniu z pionowymi lub prawie pionowymi ściankami napędzającymi, zwykle jest usytuowane bardziej promieniowo do wewnątrz wzdłuż ścianki bocznej.

Wśród kompromisów rozważanych przy stosowaniu zagłębienia użebrowanego jest fakt, że wystawanie żeberka w obwiednię skrzydła zagłębienia nieuchronnie wymaga albo zwiększenia szerokości skrzydła, albo zmniejszenia szerokości współpracującego ostrza wkrętaka, by zmieścić takie

PL 196 600 B1 wystawanie. To z kolei wymaga zmniejszenia masy materiału łba elementu złącznego i/lub ostrzy wkrętaka, aby ostrze wkrętaka można było prawidłowo wprowadzić w zagłębienie. Taki kompromis konstrukcyjny może być szczególnie wyraźny w tych zastosowaniach, gdzie pożądane jest zastosowanie żeberka zabezpieczającego przed wypadaniem wkrętaka zarówno na ściankach bocznych wkręcania jak i na ściankach bocznych wykręcania w skrzydłach zagłębienia. Dodatkowe komplikacje wynikają z wymogu, że takie zagłębienia powinny być kompatybilne z typowymi dostępnymi wkrętakami. W większości przypadków zastosowanie żeberek zabezpieczających przed wypadaniem wkrętaka w zagłębieniu może ograniczyć stopień wchodzenia typowego dostępnego wkrętaka w zagłębienie z ewentualnym uniemoż liwianiem wchodzenia na pełną głębokość, a w konsekwencji zmniejszenie skuteczności przenoszenia momentu obrotowego.

Zapobiegające wyskakiwaniu wkrętaka żeberka, które zostały wprowadzone do systemów elementów złącznych z łbem posiadającym zagłębienie, zwykle miały w przekroju poprzecznym kształt litery V o stosunkowo ostrym wierzchołku na długości żeberka. Kiedy taki element złączny jest przeznaczony do stosowania w środowisku, gdzie wskazane jest zastosowanie powłoki (np. powłoki zabezpieczającej przed korozją), można oczekiwać, że bardzo małe pole przecięcia żeberek wkrętaka i zagłębienia spowoduje duże naprężenia wystarczające do uszkodzenia powłoki, zwłaszcza kiedy wkrętak również ma żeberka na swych ostrzach.

Pożądane byłoby wprowadzenie ulepszeń we wkrętaku przeznaczonym do współpracy z zagłębieniem w łbie elementu złącznego z łbem posiadającym, by zmniejszyć lub wyeliminować powyższe, jak również inne trudności.

Cel ten spełnia rozwiązanie według wynalazku, którego przedmiotem jest wkrętak do wprowadzenia w zagłębienie w łbie gwintowanego elementu złącznego.

Wkrętak do wprowadzenia w zagłębienie w łbie gwintowanego elementu złącznego, zawierający trzonową część i końcówkę na końcu części trzonowej, mającą środkowy rdzeń i wiele ostrzy odchodzących promieniowo od tego rdzenia, a każde ostrze ma co najmniej jedną napędzającą ściankę i zewnę trzną ś ciankę , oraz co najmniej jedno ż eberko utworzone na co najmniej jednej napędzają cej ściance co najmniej jednego ostrza, które to żeberko jest umieszczone zasadniczo prostopadle do zewnętrznej ścianki ostrza, według wynalazku charakteryzuje się tym, że co najmniej jedno żeberko ma pole przekroju poprzecznego zmniejszające się w kierunku promieniowym do wewnątrz. Korzystnie, skrajne zewnętrzne końce żeberek wraz z ostrzem stanowią najszerszą część ostrza. W szczególności, żeberko ma w przekroju poprzecznym zasadniczo kształt trójkąta.

Dopasowany do zagłębienia wkrętak zawiera jedno lub więcej żeberek wystających z bocznych ścianek wkrętaka. Szerokość skrzydła tradycyjnego zagłębienia w łbie elementu złącznego, pomiędzy ściankami napędzającymi, można traktować jako określającą obwiednię zagłębienia przyjmującą obwiednię końcówki wkrętaka, przy czym obwiednie te mają takie wymiary, że współpracują ściśle ze sobą w granicach praktycznych tolerancji.

Zagłębienie w łbie gwintowanego elementu złącznego może być tak ukształtowane, że w ściance bocznej zagłębienie znajduje się wklęsły względem przyporządkowanej ścianki bocznej odciążony obszar. Obszar odciążony ma taką konfigurację, aby pozostawić podłużny pas, nazywany tu progiem, przebiegający wzdłuż zbiegu końcowej ścianki i ścianki bocznej w skrzydle zagłębienia. Po wprowadzeniu ostrza wkrętaka do zagłębienia, zewnętrzne brzegi ostrzy wkrętaka będą opierać się o progi, podczas gdy usytuowane bardziej promieniowo wewnątrz części ostrzy będą pozostawały nieco zdystansowane od ścianki bocznej w obszarze odciążonym bez możliwości przenoszenia siły w obszarze odciążonym.

Moment obrotowy wywołany przez wkrętak będzie zatem przykładany do łba elementu złącznego wzdłuż progów, co zapewnia, że siła napędzająca będzie przykładana w promieniowo najbardziej zewnętrznych obszarach ścianek bocznych zagłębienia. Przez takie zwiększenie do maksimum ramienia działania siły przykładanej przez ostrza wkrętaka maksymalny moment obrotowy może być przenoszony na element złączny bez przykładania nadmiernych sił do bocznych ścianek zagłębienia. W konsekwencji zmniejsza się ryzyko szkodliwego odkształcenia plastycznego zagłębienia.

Zagłębienie może być ukształtowane z pozostawieniem dodatkowego, nieodciążonego żeberka przebiegającego wzdłuż wewnętrznego brzegu ścianek napędzających. Takie wewnętrzne żeberko może zapewniać dodatkową stabilizację wkrętaka. Progi i żeberka ograniczają ryzyko wadliwego usytuowania wkrętaka w zagłębieniu.

Obwiednia tworzona przez wkrętak zawierający żeberka, według wynalazku, jest wybrana tak, aby była zgodna z obwiednią określaną przez zagłębienie nie mające odciążonego obszaru. Umożliwia to

PL 196 600 B1 prawidłową współpracę wkrętaka z zagłębieniem, niezależnie od tego czy zagłębienie jest typowym zagłębieniem elementu złącznego dostępnego w handlu, czy jest zmodyfikowane poprzez uformowanie odciążonego obszaru. Podłużne żeberka wkrętaka są zorientowane zasadniczo prostopadle do zewnętrznej ścianki skrzydła ostrza wkrętaka tak, że kiedy jest wprowadzony w zagłębienie z odciążonym obszarem, żeberka wkrętaka są zasadniczo prostopadłe do odpowiedniego progu. Żeberka mogą się zatem wcinać w próg wystarczająco, by ograniczać wyślizgiwanie wkrętaka z zagłębienia, przy znacznie mniejszym odkształcaniu niż w przypadku żebrowanego wkrętaka z tradycyjnym żeberkiem na ściance skrzydła. Pozwala to na maksymalne przenoszenie momentu obrotowego przy ograniczeniu uszkadzania zagłębienia.

Przedmiot wynalazku w przykładach realizacji jest uwidoczniony na rysunku, na którym: fig. 1 jest widokiem z boku wkrętaka spasowanego z gwintowanym elementem złącznym; fig. 2 jest widokiem z góry gwintowanego elementu złącznego z krzyżowym zagłębieniem mającym skrzydła z zasadniczo pionowymi ściankami bocznymi zaopatrzonymi w obszary odciążone; fig. 3 jest przekrojem zagłębienia elementu złącznego wzdłuż linii 3-3 z fig. 2; fig. 4 jest fragmentarycznym rysunkiem aksonometrycznym zagłębienia w łbie elementu złącznego; fig. 5 jest powiększonym widokiem z góry zagłębienia elementu złącznego i dopasowanego żebrowanego wkrętaka, według wynalazku, w przekroju wzdłuż linii 5-5 z fig. 1; fig. 6 jest powiększonym widokiem z góry, podobnym do fig. 5, gdzie zagłębienie jest spasowane z tradycyjnym wkrętakiem bez żeberek; fig. 7A stanowi schematyczną ilustrację ścianki bocznej skrzydła tradycyjnego zagłębienia bez żeberek i miejsca usytuowania środka działania siły na ściance bocznej; fig. 7B stanowi schematyczną ilustrację ścianki bocznej skrzydła zagłębienia elementu złącznego i miejsca usytuowania środka działania siły na progu ścianki bocznej; fig. 8 jest widokiem czołowym żebrowanego wkrętaka według wynalazku; fig. 9 stanowi widok boczny żebrowanego wkrętaka według wynalazku; fig. 9A jest przekrojem skrzydła wkrętaka wzdłuż linii 9A-9A z fig. 9; fig. 9B jest powiększonym przekrojem poprzecznym poprzez zewnętrzny obszar żeberka wkrętaka wzdłuż linii 9B-9B z fig. 9; fig. 9C jest przekrojem poprzecznym poprzez końcówkę wkrętaka w miejscu usytuowanym bardziej promieniowo wewnątrz niż przekrój z fig. 9B, wzdłuż linii 9C-9C z fig. 9.

Figura 1 przedstawia gwintowany element złączny 10 z zagłębieniem w łbie oraz wkrętak 12 osadzony całkowicie w zagłębieniu współosiowo z elementem złącznym. Fig. 2-4 przedstawiają rozwiązanie jako zastosowane w zagłębieniu Muenchinger'a (ujawnionym w opisie patentowym USA nr 3.237.506) w elemencie złącznym o płaskim łbie. Przeznaczone do współpracy z wkrętakiem zagłębienie ma kształt wielokąta, który może mieć zasadniczo kształt krzyża. Zagłębienie to zawiera środkową część 14 i wiele skrzydeł 16, które odchodzą promieniowo od środkowej części 14. Skrzydła 16 są oddzielone od siebie przez nachylone do dołu i do wewnątrz pośrednie ścianki 18. Dolne obszary skrzydeł 16 i ścianek pośrednich 18 łączą się w zasadniczo wklęsłe dno 20 zagłębienia. Przykładowo, każde ze skrzydeł jest utworzone przez parę trójkątnych ścianek bocznych 22, 22' i przez końcową ściankę 24, która jest pochylona do dołu i do wewnątrz od wierzchu łba elementu złącznego do dna 20 zagłębienia. W poniższym opisie wynalazku gwintowany element złączny będzie uważany za prawoskrętny, gdzie boczna ścianka 22 służy jako ścianka napędzająca, kiedy element złączny jest wkręcany, a przeciwległa boczna ścianka 22' służy jako ścianka napędzająca, kiedy element złączny jest wykręcany. W poniższym opisie znak prim użyty przy oznaczeniu cyfrowym odnosi się do konstrukcji lub elementu związanego z wykręcaniem elementu złącznego. Z poniższego opisu powinno być zrozumiałe, że dla wygody oznaczenia części składowych i elementów jednej ścianki napędzającej mogą również odnosić się do ścianki napędzającej w przeciwnym kierunku niezależnie od tego, czy te oznaczenia cyfrowe mają znak prim, czy też nie.

Przedstawione zagłębienie zawarte w dostępnych w handlu elementach złącznych z oznaczeniem Pozidriv® charakteryzuje się zasadniczo pionowymi ściankami napędzającymi 22, 22'. to znaczy ściankami napędzającymi, które są usytuowane w płaszczyźnie przebiegającej zasadniczo równolegle do osi środkowej 26 elementu złącznego. Pośrednie ścianki 18 tworzą zatoki 19 przebiegające do dołu w zagłębienie. Górna powierzchnia 28 łba elementu złącznego może być również wykonana z wieloma przebiegają cymi promieniowo wgłębieniami 30, które łączą się z górnymi koń cami zatok 19. Zatokowo ukształtowane pośrednie ścianki 18 i wgłębienia 30 są tworzone podczas spęczania łba elementu złącznego i pomagają w przemieszczaniu i kierowaniu płynięcia metalu, by zmniejszyć stopień odpadania metalu tak, że uzyskiwane boczne ścianki 22, 22' mogą być możliwie dokładnie zgodne z pionem. Dalszy opis takiego zagłębienia można znaleźć w opisie patentowym 3.237.506 (Muenchinger), na który to opis w całości powołujemy się.

PL 196 600 B1

Konfiguracja jednej lub obu bocznych ścianek 22, 22' może mieć odciążony obszar 32, 32', który przebiega od górnej krawędzi 34, 34' ścianki bocznej do dołu do spodu bocznej ścianki 22, 22'. Te odciążone obszary 32, 32' są tworzone podczas procesu spęczania łba, przy czym stempel do spęczania łbów winien mieć taki kształt, by kształtować odciążone obszary 32, 32', jak opisano bardziej szczegółowo poniżej. Odciążone obszary 32, 32' są ukształtowane tak, że nieodciążona część ich odpowiedniej bocznej ścianki 22, 22' tworzy próg w kształcie wzniesionej podłużnej listwy, oznaczony ogólnie przez 36, 36', przebiegający wzdłuż zewnętrznej krawędzi swej ścianki bocznej, to znaczy tam, gdzie ścianka boczna spotyka się ze ścianką końcową 24 skrzydła 16. Próg 36, 36' jest przeznaczony do zetknięcia z promieniowo najbardziej zewnętrznymi obszarami ostrzy współpracującego wkrętaka, by zapewnić, że moment napędzający będzie przykładany do ścianek napędzających zagłębienia w promieniowo najbardziej zewnętrznym miejscu ścianek napędzających zagłębienia. Odciążony obszar 32, 32' jest skonstruowany i ukształtowany tak, że ostrze wkrętaka nie będzie współpracować z tymi częściami ścianki bocznej, utworzonymi przez odciążony obszar 32, 32'. Przez utrzymywanie zetknięcia ostrzy wkrętaka z najbardziej zewnętrznymi obszarami ścianek bocznych zwiększa się do maksimum ramię przyłożonego momentu obrotowego, na skutek czego zmniejsza się siła konieczna do uzyskania potrzebnej wartości momentu obrotowego, a w konsekwencji zmniejsza się ryzyko niepożądanego odkształcenia zagłębienia.

Odciążony obszar 32, 32' może być również skonfigurowany tak, by zawierał pionowo przebiegające stabilizujące żeberko 38, które przebiega wzdłuż wewnętrznej krawędzi swej ścianki napędzającej. To stabilizujące żeberko 38 może mieć taką samą wysokość jak próg przyjmujący moment obrotowy. Stabilizujące żeberko 38 może służyć do wprowadzania wkrętaka w zagłębienie, by utrzymywać wkrętak i element złączy w usytuowaniu współosiowym, co pomaga w kontrolowanym i prawidłowym osadzaniu wkrętaka w tym obszarze. Odciążone obszary mogą również służyć do gromadzenia brudu, farby itd., które w przeciwnym razie mogłyby przeszkadzać w pełnym, prawidłowym osadzeniu wkrętaka w zagłębieniu.

Wkrętak według wynalazku może być zastosowany do istniejących, dostępnych w handlu elementów złącznych, przykładowo tylko do elementów dostępnych z oznaczeniami handlowymi Pozidriv®, Torq-Set®, Tri-Wing®, by wymienić tylko niektóre. Takie dostępne w handlu elementy złączne są wykonane zgodnie z danymi technicznymi i tolerancjami ujętymi w normach, gdzie określa się wymiary, kąty i kształty łbów i zagłębień. Znormalizowane dane techniczne i tolerancje tych elementów złącznych dostępnych z oznaczeniem handlowym Pozidriv®, Torq-Set®, Tri-Wing® są znane fachowcom i są one dostępne z firmy Phillips Screw Company of Wakefield, Massachusetts. Takie określone wymiary i dane techniczne są istotne, jeżeli elementy złączne i wkrętaki wytwarzane przez różnych producentów mają być zgodne i kompatybilne ze sobą.

Tradycyjne zagłębienie w łbie gwintowanego elementu złącznego (to znaczy zagłębienie o okreś lonych danych technicznych nie zawierają ce odciążonych obszarów) moż na rozważ a ć jako tworzące obwiednię zgodną z określonymi danymi technicznymi odnoszącymi się do tego zagłębienia. Obwiednia zagłębienia przyjmuje zasadniczo komplementarną obwiednię wkrętaka przeznaczonego do współpracy z tym zagłębieniem. Odciążone obszary na ściankach bocznych są wykonane tak, że są usytuowane na zewnątrz obwiedni tradycyjnego zagłębienia tak, że żadna część materiału łba elementu złącznego tworząca zmodyfikowane zagłębienie nie wchodzi w tę obwiednię. Wskutek tego, zagłębienie wykonane z odciążonym obszarem jest kompatybilne z ulepszonym wkrętakiem według wynalazku, jak również z tradycyjnymi wkrętakami przeznaczonymi do określonego rozmiaru i rodzaju zagłębienia.

Obszar odciążony 32 jest określony przez powierzchnie, które obejmują odciążoną powierzchnię 40, zewnętrzną powierzchnię wznoszącą 42 i, jeżeli zastosowane jest żeberko stabilizujące 38, wewnętrzną powierzchnię wznoszącą 44. Wszystkie powierzchnie 40, 42, 44 są usytuowane wzdłuż płaszczyzn, które są zasadniczo pionowe lub przebiegają pod dodatnim kątem względem pionu tak, że może powstać zagłębiony obszar 32 jako część zagłębienia, wykonywany przez drugi stempel dwuuderzeniowego urządzenia do spęczania łbów. Konfigurację zagłębionego obszaru 32 można zmieniać według potrzeb, jeżeli nie wymaga to tworzenia podcięć, których nie można sprawnie wykonać za pomocą typowych sposobów i stempli do spęczania łbów. Kształt zagłębionego obszaru może być zatem modyfikowany przez modyfikację kształtu i ustawienia każdej z odciążonych powierzchni 40, 42, 44. To z kolei umożliwia modyfikowanie kształtu progu 36 i żeberka stabilizującego 38. W ilustracyjnym przykł adzie wykonania próg 36 przedstawiony jest jako szerszy przy swej krawę dzi górnej 46 niż przy swej dolnej części, przy czym tak utworzony próg ma kształt smukłego trapezoidu.

PL 196 600 B1

Kształt i usytuowanie zewnętrznej powierzchni wznoszącej 42 może być zmieniany, by zmienić mierzoną promieniowo szerokość progu 36 na długości tego progu. Wymiary i kształt wynikowego progu 36 można zmieniać zgodnie z potrzebami konkretnego zastosowania lub w celu umożliwienia zmian materiału, z którego element złączny jest wykonany. Na zasadzie przykładu wymiarowego rozważa się, że dla większości kształtów zagłębienia i rozmiarów głębokość odciążonego obszaru 32 może wynosić 2-0,5 mm (0,08-0,020 cala), aby zapewnić, że wkrętak nie będzie stykać się z tym obszarem ścianki bocznej i będzie przenosić moment obrotowy wzdłuż progu przy promieniowo zewnętrznej krawędzi ścianki bocznej. Przykładowo, w elemencie złącznym posiadającym zagłębienie takie, jak pokazano na fig. 2, o określonych danych technicznych i konfiguracji i wykonanym ze stali, próg w przedstawionym przykładzie ilustracyjnym może mieć szerokość około 0,18 mm (0,007 cala) przy swym dolnym końcu i około 0,48 mm (0,019 cala) przy górnym końcu. Należy rozumieć jednak, że konfiguracja progów i głębokość odciążonych obszarów 32 może być zmieniana według potrzeb w celu umoż liwienia róż nych zastosowań lub materiałów elementu złącznego. Przykładowo kształt i wymiary zwią zane z progami i obszarami odciążonymi mogą być różne dla elementu złącznego wykonanego z materiału bardziej miękkiego niż stal, takiego jak aluminium lub mosiądz. Ponadto, elementy złączne mogą być wytwarzane z polimeru (np. nylonowe) poprzez formowanie wtryskowe.

Figury 7A i 7B przedstawiają schematycznie przenoszenie momentu obrotowego o żądanej wartości, według wynalazku, przy przyłożeniu do bocznej ścianki skrzydła siły mniejszej niż siła, której przyłożenie byłoby wymagane w rozwiązaniu bez obszarów odciążonych. Fig. 7A przedstawia boczną ściankę tradycyjnego zagłębienia w porównaniu z fig. 7B, gdzie pokazano boczną ściankę zagłębienia z obszarem odciążonym. Kiedy w tradycyjne zagłębienie (fig. 7A) zostanie wprowadzony typowy wkrętak, można uważać, że zasadniczo międzypowierzchniowy kontakt wkrętaka i bocznej ścianki zagłębienia przenosi wypadkową siłę do punktu nazywanego środkiem siły czynnej CE. Ten środek siły czynnej CE może być traktowany jako usytuowany w środku geometrycznym ścianki bocznej. W zagłębieniu wykonanym tradycyjnie, bez obszarów odciążonych, środek siły czynnej CE może być traktowany jako usytuowany na promieniu R1 od środkowej osi 26 elementu złącznego. Jak pokazano na fig. 7B, w przypadku zagłębienia z obszarem odciążonym środek siły czynnej CE jest usytuowany na progu 36 i jest oddalony o promień R2 od osi środkowej, który jest dłuższy niż promień R1 skrzydła identycznego zagłębienia, ale nie mającego odciążonego obszaru 32. Dłuższe ramię R2 momentu uzyskiwane wskutek zastosowania obszaru odciążonego, pozwala na przykładanie i przenoszenie identycznych poziomów momentu obrotowego, ale przy przykładaniu mniejszej siły do środka siły czynnej. Dzięki temu zmniejsza się ryzyko odkształcenia plastycznego.

Ponadto, moment obrotowy może być przenoszony na progi nawet pod dużymi obciążeniami, od których można byłoby oczekiwać spowodowania wygięcia ostrzy wkrętaka na kształt łuku. W tradycyjnym zagłębieniu odkształcenie ostrza wkrętaka, nawet jeżeli wkrętak i zagłębienie są prawidłowo ustawione, powoduje przesunięcie w linii lub obszarze sprzężenia ostrza ze ścianką boczną skrzydła, które z kolei ma tendencję do zmniejszania usytuowania promieniowego i ramienia momentu dla środka siły czynnej CE. Natomiast głębokość odciążonego obszaru 32 jest taka, że łukowe wygięcie lub inne odkształcenie ostrza wkrętaka przy dużym obciążeniu nie może przesunąć znacznie (jeżeli w ogóle) środka siły czynnej promieniowo do wewnątrz, ponieważ ostrze wkrętaka pozostaje bez styku z odciążonym obszarem ścianki bocznej.

Stabilizujące żeberka 38 są przeznaczone głównie do wprowadzania końcówki wkrętaka w zagłębienie wzdłuż progresywnie osiowo ustawionej orientacji tak, że wkrętak wejdzie całkowicie w zagłębienie i będzie ustawiony osiowo zgodnie z elementem złącznym. Po przyłożeniu momentu napędzającego, wkrętak będzie w stabilnym, w pełni osadzonym położeniu w gotowości do wywierania w pełni i prawidłowo momentu obrotowego na progi. Żeberka stabilizujące współpracują z promieniowo wewnętrznymi obszarami ostrzy wkrętaka, które współdziałają z wkrętakiem, by uniemożliwić wprowadzenie wkrętaka w ustawieniu ze znacznym odchyleniem kątowym. W celu wprowadzenia wkrętaka, użytkownik musi dokładniej ustawić wkrętak zgodnie z osią elementu złącznego. Żeberka stabilizujące służą do utrzymywania stabilności połączenia wkrętaka z zagłębieniem podczas wkręcania, jak również podczas ustawiania wkrętaka w zagłębieniu.

Konfiguracja zagłębienia może być zmieniona w celu utworzenia progów na wszystkich ściankach bocznych skrzydeł lub na mniej niż wszystkich ściankach bocznych i w różnych układach. Progi te w odpowiednich obszarach odciążonych mogą być utworzone na tylko tych ściankach bocznych, które są przeznaczone do przenoszenia momentu obrotowego w takich samych układach obrotowych, to znaczy w kierunku zgodnym z ruchem zegara lub w kierunku przeciwnym. Inne modyfikacje mogą

PL 196 600 B1 obejmować tworzenie progów na takich samych pod względem kierunku obrotu ściankach bocznych przeciwległych skrzydeł, przy czym pośrednie skrzydła (w zagłębieniu krzyżowym) mają progi utworzone na ściankach bocznych mających przeciwny kierunek obrotu.

Wkrętak według wynalazku jest wykonany tak, aby zawierał żeberka, jak pokazano na fig. 8 i 9. Obwiednia użebrowanego wkrętaka jest przeznaczona do współpracy z obwiednią tradycyjnego zagłębienia takiego samego ogólnego typu, chociaż wkrętak może być używany szczególnie korzystnie w połączeniu z elementem z łącznym z zagłębieniami zaopatrzonymi w obszary odciążone. Wkrę tak ma trzon z końcówką 50 utworzoną na końcu tego trzonu. Ta końcówka 50 zawiera w przedstawionym przykładzie wykonania cztery ostrza 52 odchodzące promieniowo od środkowego rdzenia 54. Rdzeń 54 i ostrza 52 są dopasowane do zagłębienia przedstawionego na fig. 2. Obszar rdzenia 54 pomiędzy każdą parą sąsiednich ostrzy 52 może być wyposażony w podłużny grzbiet 56, który przebiega do dołu w kierunku do końca rdzenia. Grzbiety 56 mogą współpracować z dolnymi obszarami zatok utworzonych w pośrednich ściankach 18 zagłębienia, jak to ujawniono dokładniej we wspomnianym powyżej opisie patentowym Muenchinger'a. Wierzchołek 58 wkrętaka może być wykonany w kształ cie stoż ka, jak pokazano, albo w innym żądanym kształ cie. Zwykle wierzchoł ek 58 wkrę taka i dno 20 zagłębienia nie są dokładnie zgodne ze sobą, aby pozostawić pewien prześ wit pomiędzy wierzchołkiem 58 wkrętaka a dnem zagłębienia. Prześwit taki daje miejsce na zanieczyszczenia lub nadmiar farby, gdzie mogą się one gromadzić bez szkodliwego wpływu na możliwość wprowadzenia wkrętaka w całości w zagłębienie.

Ostrza 52 mają co najmniej jedno, a korzystnie wiele żeberek 60 wystających z powierzchni 64 ostrza. Te żeberka mają korzystnie przekrój trójkątny z podłużnym grzbietem 62 przeznaczonym do współpracy i wchodzenia w progi 36 zagłębienia. Każde z żeberek 60 ma pole przekroju poprzecznego i wysokość stopniowo malejące w kierunku promieniowo do wewnątrz. W konsekwencji wysokość każdego żeberka 60 mierzona od powierzchni 64 ostrza maleje stopniowo w kierunku promieniowo do wewnątrz. W przekroju (fig. 9A) grzbiety 62 żeberek 60 można traktować jako tworzące obwiednię ostrzy, przy czym widać, że obwiednia ostrzy zwęża się promieniowo do wewnątrz od swej maksymalnej szerokości przy końcowej ściance 66 ostrza. W ilustracyjnym przykładzie wykonania rozważa się, że kąt A utworzony przez grzbiety 62, który tworzy również obwiednię ostrza, może być rzędu około 1-5 stopni. Poprzez takie wykonanie żeberek, że przy końcowej ściance 66 ich wysokość jest maksymalna, zapewnione jest pełne współdziałanie żeberek 60 z progami 36 zagłębienia. Dodatkowo żeberka 60 przebiegają wzdłuż kierunku zasadniczo prostopadłego do końcowej ścianki 66 i na skutek tego będą współpracować z powierzchnią podłużnego progu zasadniczo poprzecznie do wymiaru wzdłużnego tego progu, umożliwiając zetknięcie wielu żeberek 60 z progiem. Inaczej niż w przypadku współpracy żeberka ujawnionego we wspomnianym wyżej opisie patentowym Simmons'a, gdzie ostre żeberka wkrętaka krzyżują się i współpracują z podobnie smukłymi, ostrymi żeberkami na bocznych ściankach elementu złącznego, przedmiotowy wynalazek umożliwia sprzężenie żeberek z progiem na wielu określonych długościach odpowiadających szerokości progu. Przy krzyżowym układzie żeberek ujawnionym w opisie patentowym Simmons'a, kontakt pomiędzy żeberkami wkrętaka i zagłębienia następuje w bardzo małym obszarze punktowym. Naprężenia mogą być bardzo duże z wynikowym znacznym odkształceniem żeberek elementu złącznego. Według przedmiotowego wynalazku, chociaż żeberka współpracują z powierzchnią progu i odkształcają ją wystarczająco, by przeciwdziałać rozłączeniu wkrętaka i gwintowanego elementu złącznego, siła jest rozłożona na wiele obszarów stykowych wzdłuż progu tak, aby była znacznie mniej skupiona. Każdy z obszarów przenoszenia momentu obrotowego rozciąga się na długości odpowiadającej szerokości progów. W konsekwencji stopień odkształcenia, chociaż wystarczający do zapobiegania rozłączeniu wkrętaka i gwintowanego elementu złącznego, nie wystarcza do znacznego uszkodzenia żadnej części zagłębienia. Wśród zalet przedmiotowego wynalazku jest i taka, że uszkodzenie powłoki zagłębienia można ograniczyć, przy zachowaniu wysokiego poziomu odporności na rozłączenie.

Obwiednia utworzona przez ostrza wkrętaka jest najszersza przy końcowej ściance 66 ostrzy wkrętaka. Ta obwiednia wkrętaka jest dopasowana do obwiedni tradycyjnego zagłębienia, jak również zagłębienia z obszarem odciążonym. Przy użyciu z tradycyjnym zagłębieniem, szerszy profil przy zewnętrznych obszarach ostrza będzie ułatwiać zetknięcie ostrza wkrętaka z promieniowo zewnętrznymi obszarami ścianek bocznych, by zapewnić maksymalne ramię dla utworzenia skutecznego momentu obrotowego. Wysokość i rozmieszczenie wielu żeberek służą do zapobiegania nadmiernemu wchodzeniu żeberek w łeb elementu złącznego, z powodowaniem nadmiernego odkształcenia.

PL 196 600 B1

Wierzchołek wkrętaka może być ukształtowany za pomocą typowych sposobów, przy których ostrza 54 mogą być kształtowane przez stempel obwiedniowy. Ostrza 52 mogą być wykonane tak, by miały szerokość nieco mniejszą niż ostrza tradycyjnego wkrętaka. Ponadto żeberka 60 są wytwarzane na powierzchniach ostrzy przez proces wybijania, w którym materiał ostrzy płynie wypełniając wnękę formy do wybijania. Formy takie są wykonane tak, aby zapewnić opisaną powyżej wynikową konfigurację żeberek.

Jest zrozumiałe, że kontakt ostrza z żeberkami stabilizującymi nie jest istotnym czynnikiem przy wkręcaniu lub wykręcaniu elementu złącznego. Wkrętaki zwykle obracają się nieco w zagłębieniu, likwidując przy tym niewielki przewidziany luz, który jest niezbędny dla wprowadzania i wyprowadzania wkrętaka. Maksymalne przemieszczenie wzdłuż ostrza, przy danym obciążeniu wkrętaka momentem obrotowym, występuje w punkcie najbardziej odległym od środka obrotu. Z tego względu powierzchnie ostrzy przy zewnętrznych krawędziach obracają się z użyciem maksymalnej siły dla współpracy z progami, zanim znaczna siła nacisku może wystąpić przy ż eberkach stabilizujących.

Stosowanie wkrętaka według wynalazku do napędzania elementu złącznego z zagłębieniem w łbie, pozwala na przyłożenie momentu obrotowego przy zmniejszonym poziomie odkszta łcenia plastycznego zagłębienia, ale z wystarczającym zetknięciem z zagłębieniem, ograniczając możliwość rozłączenia i zapewniając stabilne przenoszenie momentu obrotowego. Żebrowany wkrętak według przedmiotowego wynalazku może być wykorzystywany we współpracy z istniejącymi, dostępnymi w handlu, gwintowanymi elementami złącznymi z zagłębieniem w łbie. Jeszcze lepsza skuteczność przenoszenia momentu obrotowego przy równoczesnym zapobieganiu rozłączeniu współpracujących powierzchni jest zapewniona przy użyciu wkrętaka według wynalazku z gwintowanymi elementami złącznymi z zagłębieniem w łbie mającym odciążony obszar.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wkrętak do wprowadzenia w zagłębienie w łbie gwintowanego elementu złącznego, zawierający trzonową część i końcówkę na końcu części trzonowej, mającą środkowy rdzeń i wiele ostrzy odchodzących promieniowo od tego rdzenia, a każde ostrze ma co najmniej jedną napędzającą ściankę i zewnętrzną ściankę, oraz co najmniej jedno żeberko utworzone na co najmniej jednej napędzającej ściance co najmniej jednego ostrza, które to żeberko jest umieszczone zasadniczo prostopadle do zewnętrznej ścianki ostrza, znamienny tym, że co najmniej jedno żeberko (60) ma pole przekroju poprzecznego zmniejszające się w kierunku promieniowym do wewnątrz.
2. 2. Wkrętak według zastrz. 1, znamienny tym, że skrajne zewnętrzne końce żeberek (60) wraz z ostrzem (52) stanowią najszerszą część ostrza (52).
3. 3. Wkrętak według zastrz. 1, znamienny tym, że żeberko (60) ma w przekroju poprzecznym zasadniczo kształt trójkąta.