Csavaros megoldás a Cadillacnél

A múlt század harmincas éveibe repülünk vissza, a Nagy Gazdasági Világválság idejére. Az ipari termelés soha nem látott mértékben, évről évre zuhan, mindenki a túlélésért küzd, ezért minden ötletre szükség van az életben maradásért. Egy ilyen ötlet megvalósulásáról szól alábbi történetünk, talán a jelenkor okulására is.

Háttér

Amerikában, 1920-ban kb. 200 amerikai autógyártó volt. 1930-ra csak 43 élte túl, és a Nagy Világválság után, 1940-re már csak 27 maradt belőlük, és tegyük hozzá, a mai napig folytatódik a lemorzsolódás.

Aki nem fejleszt, az menthetetlenül elvész a süllyesztőben. Idén a GM-nek is el kellett döntenie, hogy hogyan tovább, és bizony a Cadillac léte sem volt biztonságban. Kevesen tudnak azonban a hetven-nyolcvan évvel ezelőtti nehézségekről, amikor sok más, azóta már megszűnt márkával együtt, a GM patinás luxusautó-gyártója is érintőt vett a csődbejutás felé vezető úton. Manapság már ködbe vesznek azok a finom részletek, melyeknek - a világgazdaság fellendülése mellett - szintén hatásuk volt a megmenekülésre. Egy ilyen történettel ismerkedünk meg az alábbiakban.

A csavar kialakulása

Történetünk hátterének megértéséhez néhány mondat erejéig vissza kell ugrani - no, nem messze, csak - az időszámítás előtti időkig, amikor egy vízimádó tulajdonságokkal rendelkező ember, bizonyos Archimedes (Kr.e 287 – Kr.e. 212) görög tudós megalkotott egy olyan szerkezetet - nevezetesen az Archimedes-féle csavart (vízemelő gépet) - mely a csavarelv felhasználásával biztosította az ókori Egyiptomban az öntözéshez használt víz kiemelését. A csavarelv tehát már ekkor készen állt a további felhasználásra.

Igazából nem tisztázott, hogy ki fedezte fel a csavarelv kötőelemként felhasználható tulajdonságát, de már nem sokkal időszámításunk kezdete után megjelentek azok, a fából készült kezdetleges csavarok, melyek segítségével a szőlőt, illetve az olivaolajat préselték.

Fémből készült csavarok kötőelemként való használata a tizenötödik századra nyúlik vissza, míg 1513-ban egy német órásmester kézzel reszelt csavarja már magán hordozza a mai csavarok összes alap tulajdonságát.

Innentől azután már az alapmű készen állt a különböző felhasználási területekhez történő illesztésre.

Az első nagy kihívás a tömeggyártás megvalósítása volt, melyhez a szálak a források szerint 1770-ig vezetnek vissza, egy bizonyos Jesse Ramsdenhez (1735-1800). Ez az angol úriember 35 évesen létrehozta az első, valóban működő csavarvágó gépet. 1797-ben azután honfitársa, Henry Maudslay (1771-1831) egy olyan csavarvágó gépet alkotott, mely már a pontos méretű csavarok tömegtermelésére is képes volt. Rákövetkező évben, 1798-ban az amerikai David Wilkinson is megalkotta saját, fémcsavarok tömeggyártására képes gépét.

A XVIII. században még laposfejű csavarhúzóval hajtották be az egyhornyú csavarokat. Ez a megoldás azonban a valódi tömegtermelés megjelenésekor már tökéletlennek bizonyult.

Megvezetés és központosítás

Amennyire utálatos szavak ezek a politikával kapcsolatban, annyira elengedhetetlen fontosságú két tulajdonságot jelentenek a csavaroknál. Különösen kiemelt fontosságúvá válnak nagy sorozatok gyártása esetén, amikor minden tizedmásodpercnyi időnek jelentősége van. Még akkor is, ha egy csavarnál csak egy-két másodpercet tudnak nyerni, az egy autó több száz csavarjánál, illetve gépkocsik ezreinél már tetemes időmegtakarítást jelent.

Szükség volt tehát egy olyan rendszerre, melynél a behajtó-fej könnyen és gyorsan a horonyba helyezhető, behajtáskor önmagát központosítja, valamint a centrifugális erő hatására nem sodorja ki maga alól a csavarfejet, és ezzel együtt a hagyományos egyhornyú kialakításhoz képest nagyobb meghúzási nyomatékot lehet vele elérni a szorosabb illesztések elérése érdekében.

A „törésmentes áttörés”

Történetünk egy bizonyos Henry F. Phillips (1890-1958) nevű, Portland (Oregon)-ból származó, amerikai üzletemberrel folytatódik. A szóban forgó Phillips úr (két l-lel) neve nem összekeverendő a Gerard Philips (1858-1942) úr (egy l-lel) nevével, aki 1891-ben a Philips elektronikai céget alapította.

Szóval a „kételles” portlandi Phillips úr úgy fejlesztette tovább találmányát (a hagyományos egyhornyú, a Robertson / Cummings, illetve a Thompson csavarhoz képest - lásd az alábbiakban), hogy a fenti kritériumok teljesítése mellett, az érintett alany (jelen esetben a csavar és a menet) ne szakadjon bele. No, nem a szociális érzékenység vezette őt a csavarfej ilyeténképpen történő kiképzésénél, hanem annak a korabeli problémának a megoldása, hogy az automatikus csavarbehajtó szerszám ne tépje el a csavart, illetve a menetet, annak behajtásakor.

Manapság, amikor az összeszerelő gépsorokon a behajtó szerszámok adott meghúzási nyomatékát tized Nm-re lehet kalibrálni, sőt, fontosabb csavaroknál (futómű, kormány, stb.), az utólagos reprodukálhatóság érdekében a gép egy festékjelölést is szór a csavarfejre, ha elérte a kívánt meghúzási nyomatékot, nos ilyen körülmények között már nem jelent gondot a túlhúzás veszélye.

A múlt század harmincas éveiben azonban ez még reális, és rettegett veszély volt a menet, a csavar, a szerszám, a rögzítendő felületek és a munkás sérülésének lehetősége miatt. Ezért azután vagy túl erősre kellett a csavarkötésben szereplő anyagokat tervezni, vagy elkerülhetetlen volt a nagysorozat-gyártás legnagyobb réme: az egyedi javítás.

A tömegtermelés - ha úgy vesszük - a megtestesült kapitalizmus. A kiélezett versenyben nincs helye a gyengéknek. Ezért, illetve annak figyelembevételével, hogy ne kelljen „túlerőre” (helyesebben „túlnyomatékra”) tervezni az oldható kötés elemeit, Phillipsnek nagy ötlete támadt.

Olyan csavarfejet, illetve abba illeszkedő szerszámfejet alkotott, amely önmagát központosítja, a behajtó-szerszámmal elég csak a csavarfej közepének közelébe állni ahhoz, hogy az rátaláljon a hajtófelületekre, a hagyományos, hornyos kialakításnál nagyobb behajtási nyomatékot tesz lehetővé, ugyanakkor automatikusan védi magát a túlhajtás ellen.

Egész egyszerűen kiugrik (angolul „cam-out” vagy „torque-out”) a meghajtó szerszám feje a csavarfejből, ha egy adott (és előre tervezhető) nyomatékot elér a behajtás intenzitása. Politikai hasonlatként a sztrájkot említhetném, amikor egy bizonyos terhelési szinten túl nem dolgozik tovább a dolgozó, és ezt a rendszerbe épített védelem, a szakszervezet (mely jelen esetben a csavarfejkiképzés) garantálja.

Nos, Phillips úr ebbéli „szociális érzékenységét” az Egyesült Államok harmincas éveinek vad kapitalizmusa, illetve a Nagy Gazdasági Világválság nem fogadta tárt karokkal. Neki is meg kellett küzdenie a feltalálók talán legnagyobb problémájával: gyártót kellett találnia a termékére. Olyan gyártót, aki hisz benne, hogy a kereszthornyos, nyomatékhatárolós csavarnak lesz vevője. Hát, ez egyáltalán nem volt könnyű.

Phillips úr csavarjának története valójában 1933-ban kezdődött, amikor John P. Thompson oregoni feltaláló, az Egyesült Államokban szabadalmat nyújt be egy forradalmian új, kereszthornyos csavar-behajtási rendszerre. Az ezt követő hat hónapban Thompson több csavargyártót is megkeresett szabadalmának gyártásával kapcsolatban, de mindenhol elutasították, mivel véleményük szerint a horony kiképzéséhez szükséges erőhatás miatt leszakítaná a csavar fejét.

Thompson már kezdett belenyugodni szabadalmának megvalósítási kudarcaiba, amikor Henry F. Phillips a Jantzen Knitting Mills pénzügyi hátterével létrehozta a Phillips Screw Companyt, és csatlakozott Thompsonhoz egy olyan gyártópartner felkutatásában, amelyik ki tudja alakítani a szabadalmaztatott kereszthornyos csavar tömegtermelési technológiáját.

Az összes potenciális gyártót felkereste, de ő is mindenhol azt a választ kapta, hogy egy ilyen csavar gyártása egyszerűen nem reális. Idézet az egyik visszautasító levélből: „Ezen eszközök gyártása és értékesítése nem kecsegtet elegendő kereskedelmi sikerrel a magunk részéről történő további érdeklődés biztosításához.”

A Providence (Rhode Island) központú American Screw Company új elnöke, Eugene Clark azonban - mérnökeinek ellenkezését figyelmen kívül hagyva - 1934-ben együttműködési nyilatkozatot írt alá a kereszthornyos csavarok hidegformázási eljárásának kifejlesztésére.

Egy írásos jelentés szerint a következőket mondta: „Végül közöltem vezető beosztottaimmal, hogy kirúgom azokat, akik amellett kardoskodnak, hogy nem lehet megcsinálni. Ezt követően egy hatékony módszert dolgoztak ki a kérdéses kötőelem gyártására, és ma már az összes fő gyártóval licensz-szerződésünk van a használatra.”

Az American Screw Company körülbelül félmillió dollárt (mai értéken kb. 5,7 millió dollárnak felel meg) költött a Phillips csavar gyártásának kifejlesztésére, melyre azután kizárólagos szabadalmi jogot szerzett. A gyártósorról lekerülő első darabokat arannyal és ezüsttel futtatták be, majd az elnök feleségének nyakláncot készítettek belőle, valamint egy mandzsettagomb készletet.

Henry F. Phillips megvásárolta a Thompson szabadalom jogait, és 1935-ben Thomas M. Fitzpatrickkal együtt olyan szabadalmi kérvényeket nyújtott be a Thompson-féle kialakítás módosítására, melynek segítségével a kereszthornyos hajtási rendszer jobban alkalmazkodik a tömegtermelés igényeihez. Így fogalmazta meg benyújtott szabadalmának címét: „Egy csavar és egy hajtószár összeillesztésének eszköze.”

A módosított kereszthornyos kötőelemre, illetve annak meghajtására vonatkozó szabadalmat 1936. július 7-én, a 2.046.343 és 2.046.838, valamint a 2.046.837 és 2.046.840 azonosítószámokon elfogadták, és az új rendszer hamarosan „Phillips® Screw” néven vált ismertté.

Az American Screw Company és a Phillips Screw Company ekkor megerősítették abbéli együttműködési szándékukat, mely a Phillips Screw, különböző iparágakban történő bevezetésére vonatkozott, és elkezdték az új kötőelem-rendszer gyártási licenszjogának értékesítését. Érdekesség, hogy a Phillips Screw Company végül soha nem gyártott egyetlen Phillips csavart sem, csak annak értékesítését intézte.

Mint ahogy oly sok más műszaki világújdonság bevezetésénél megszoktuk, a világon elsőként a General Motors Cadillac részlege kezdte el autóinak összeszerelését az új, Phillips csavar rendszerrel 1936-ban. Ekkor a Cadillac főmérnöke már 14 éve Ernest W. Seaholm volt, aki egyébként (1923-tól 1943-ig) összesen 20 éven keresztül töltötte be ezt a beosztást.

1939-ben a világ csavargyártó iparának 85%-a licenszjogot szerez a Phillips csavarrendszer gyártására. A gyártók között van a Guest, Keen and Nettlefolds (Egyesült Királyság), a világ egyik legnagyobb rögzítőelem gyártója. Ebben az évben két autógyártó kivételével már mindenki ezt a rendszert használta.

1940-re már mindössze egyetlen személyautó-gyártó állt ellen az alkalmazásának, és 10 amerikai, valamint 10 külföldi cég szerzett licenszjogot a csavarok gyártására. Amikorra az Egyesült Államoknak Jeepekre és tankokra volt szüksége a II. Világháborúban történő részvétel miatt, a hadiiparban már elengedhetetlen alkatrészekké váltak az effajta csavarok.

Ekkorra azonban már Henry Phillips kezdett visszahúzódni az aktív üzleti élettől. Folyamatosan romló egészségi állapota 1945-ben visszavonulásra kényszerítette. Szabadalmának használata ekkor már a világon annyira elterjedt, hogy sok gyártó licensz-szerződés nélkül gyártotta a Phillips-rendszerű csavarokat, mely ellen Phillips nem lépett fel, így 1949-ben megszűnt a szabadalmi védettsége.

A híradások nem beszélnek arról, hogy Henry F. Phillips végül koldusbotra jutva, vagy dúsgazdagon halt meg, de 1958-ban bekövetkezett halála már nem jelentett gátat a nevével fémjelzett csavarfej-kiképzés, illetve az abból származó további fejlesztések globális térhódításának. Angolul, a mai napig is „Phillips screw / screwdriver”-nek nevezik a kereszthornyos csavarhajtási rendszereket.

Phillips csavarok a mindennapokban

A fentiekből is látszik, hogy a Phillips-féle csavarfej kialakítás kimondottan a tömegtermelés igényeihez igazodott. Megalkotásnál nem a ki-, hanem a beszerelés könnyebbé, gyorsabbá és biztosabbá tétele volt a meghatározó irányelv.

Egy olyan csavar kihajtásánál, mely az évek során „beette” magát környezetébe, kimondottan hátrányos az olyan csavarfej, mely - kialakításánál fogva - egy bizonyos nyomaték elérésekor kiugrik a meghajtó szár fejéből. Ezért aztán az ilyen helyeken bizony szétszereléskor gyakran előkerülnek a „nem hagyományos” rögzítés oldó praktikák.

Nem mind Phillips, ami annak látszik

Az általános gyakorlatban, ha valaki meglát egy kereszthornyos kialakítású csavarfejet, azonnal a szerszámkészletében lévő - általában - egyfajta „csillagcsavarhúzó” (keresztcsavarhúzó) után nyúl, és nekiáll a csavarfej elnyírásához.

Ilyenkor nem szabad elfeledkezni arról, hogy kereszthornyos csavarfej kialakításból is számtalan változat létezik - főleg az állandóan lejáró szabadalmi jogok további birtoklása miatti folyamatos megújulás miatt - és általában mindegyiknek az adott rendszerre vonatkozó sajátosságokkal rendelkező csavarhúzó-vég kiképzése van, mely egy másik rendszer csavarjánál csak ritkán használható.

A teljesség igénye nélkül, lássunk az alábbiakban néhány ilyen példát (lásd az ábrát is):

• hagyományos kereszthornyos
• lótuszfejű
• süllyesztett kereszthornyos
• Phillips
• Reed & Prince vagy Frearson
• JIS (Japán Ipari Szabvány)
• Sel-O-Fit®
• francia süllyesztékes (BNAE NFL22-070)
• Posidriv®
• SupaDriv®
• ACR® Phillips®
• Phillips Square-Driv®
• ACR® Phillips Square-Driv®
• Phillips Square-Driv 2®
• Phillips II®
• Quadrex®
• Recex®
• Mortorq®

Ezért aztán, amikor egy kereszthornyos csavar kihajtásával komoly nehézségünk támad, Phillips úr felmenőinek profán tartalmú környezetben történő emlegetése helyett gondoljunk arra, hogy esetleg a hiba a mi készülékünkben (csavarhúzó-fejünkben) is lehet.

A Robertson csavar

Érdekes módon, nem Phillips volt az első, aki továbbfejlesztette a hagyományos, egyhornyos csavarfejet. 1908-ban, a kanadai P. L. Robertson (Peter Lymburner Robertson) megalkotta a négyzet kulcsnyílású csavarfejet, és 1909-ben szabadalmi védettség alá helyezte. Ez volt az első, kimondottan a tömeggyártás igényei szerint kialakított csavarfej (amint később látni fogjuk, azért ebben a történetben is van egy „csavar”).

A hagyományos, hornyos kialakítással ellentétben, a négyzet kulcsnyílás behajtó-feje beszereléskor nem ugrik ki a csavarfejből, ráadásul önmagát központosítja, és egy kézzel is behajtható. Mindemellett, akkor is kihajtható, ha feje le lett festve, illetve berozsdásodott.

A különböző méretekhez tartozó csavarhúzók szára színkódolt, így könnyen kiválasztható a megfelelő méret. Ennek köszönhetően használatával csökkent a csavarkötések sérülése, és nőtt a termelékenység.

Mindezek ellenére, - főleg saját magának köszönhetően – Robertson nem tudta elérni, hogy találmánya az amerikai iparban használatos legyen. Henry Ford autógyárában a T-modellen végzett próbák során előnyösnek, és jól kezelhetőnek találták a Robertson csavarokat. Használatával a több mint hétszáz csavar behajtásánál, akár 2 órával is csökkenthető volt az összeszerelési idő, de végül, mikor Ford felajánlotta a csavarok saját felhasználásra történő gyártási jogának megvásárlását, Robertson nem fogadta el.

Azzal, hogy Robertson magának akarta megtartani a gyártással kapcsolatos összes jogot, kizárta magát az autógyártásból. Szintén a licensz körüli problémákkal magyarázható, hogy sem Angliában, sem pedig az Egyesült Államokban nem lett általánosan elfogadott a négyzet alakú kulcsnyílás. Annál népszerűbb viszont szülőhazájában, Kanadában, ahol - főleg a faiparban - a csavareladások nagy részét a Robertson csavarok teszik ki.

A Robertson Screw Companyt egészen 1951-ben bekövetkezett haláláig Robertson vezette. A cég alkalmazottainak száma 600 főre nőtt, beleértve a Robertson szülővárosában (Milton - Ontario) dolgozókat.

Azért a Robertson-féle szabadalmi történetnek is van egy kis előtörténete. Egy bizonyos Allan Cummings nevű úriember 1875-ben a US Patent 6729 szám alatt szabadalmaztatta saját, központi süllyesztékes csavarfej típusait, melyeknek egyik változata kísértetiesen hasonlít a Robertson-féle szabadalomban szereplő kialakításhoz.