Šroub s pohonem TORX

V dnešním článku se budeme věnovat jednomu konkrétnímu šroubu, a to šroubu s drážkou a pohonem tvaru Torx. Povíme si něco o jeho historii, konstrukci a výhodách a nevýhodách v porovnání s jinými typy šroubů.

Šroub. Taková běžná věc... Zamysleli jste se někdy nad tím, jak dlouhou cestu má tato součástka za sebou, než se vyvinula do dnešní podoby?

Její počátky sahají až do starověku. Před více než 2000 lety popsal Archimedes mechanické zařízení se závitem (tzv. nekonečný šroub), který se používal k přečerpávání vody do větší výšky.

Obr. 1. Archimedův šroub

V tomto zařízení je uplatněn princip „nakloněné roviny“. Trvalo však dalších 1500 let, než lidé začali používat šroub pro spojování materiálů a součástek. Až v šestnáctém století se začaly vyrábět hřebíky se závitem, které lépe držely spoj.

A to už byl jen krůček ke vzniku šroubu. Šrouby se začaly obecně používat k upevňování a spojování až na konci 18. století, kdy tehdejší obráběči kovů přišli na metodu, jak je levně vyrábět.

V technologii se pod pojmem spojování rozumí postup zajišťující vzájemnou polohu součástek v jednom funkčním celku. Šroubový spoj je rozebíratelný - spojení lze rozpojit bez porušení součástí.

Od tohoto okamžiku prošly šrouby bouřlivým vývojem, jehož výsledkem je široká paleta různých typů šroubů, které se dnes v praxi používají, od nejpoužívanějších - Philips, Pozidriv, Hex, Torx, až po exotické a málo používané jako např. Bristol, Torq-set, TP3 atd. Každá z nich má své výhody, nevýhody a také primární oblast, kde je jejich použití nejvýhodnější. Podrobný rozbor všech typů však přesahuje rámec tohoto článku.

Šrouby můžeme kategorizovat podle různých kritérií:

• dle typu závitu (např. metrický, samořezný, Edisonův, Whitworthův, ...)
• podle hlavy šroubu na
  • bezhlavé (tzv. červíci)
  • s hlavou – a ty dále na zapuštěné a nezapuštěné
• podle typu drážky pro pohon (šroubovák, bit)
  • jednoduchá drážka
  • křížová drážka
  • čtvercová drážka
  • vnitřní šestihranná drážka
  • pentalobulární drážka
  • hexalobulární drážka (Torx)
  • externí drážka
  • a obrovské množství jejich variant a kombinací

Torx

Obr. 2. Hlava šroubu a bit s drážkou Torx

Šroub Torx vynalezla a dala si patentovat společnost Camcar Textron v roce 1967. Byla to malá revoluce ve šroubování. V anglicky mluvících zemích se pro ni ujal hovorový výraz „star screw“, kvůli hvězdicovému tvaru drážky.

Velikosti, označování a varianty

Velikosti drážek Torx a příslušných nástrojů se označují velkým písmenem "T", za kterým následuje číslo v rozsahu od 1 do 100. Někteří výrobci však velikosti označují také zkratkou "TX" nebo "Tx" před číslem. Menší číslo odpovídá menšímu rozměru hlavy šroubu. Mezi nejběžnější velikosti patří T10, T15, T20 a T25.

Kromě klasických šroubů Torx existuje celá řada jejich variant, které jsou určeny pro speciální použití, zmiňme alespoň:

• Security Torx - v drážce má výstupek, který může mít různé tvary a brání vyšroubování šroubu běžným šroubovákem, je nutné použít šroubovák s hrotem s otvorem příslušného tvaru, který přesně zapadne do výstupku v drážce šroubu
• Torx Paralobe – má modifikovaný tvar dosedacích ploch a snese o 20% vyšší utahovací moment
• Torx ttap – vyvinutý poměrně nedávno, v roce 2006, obsahuje v drážce dodatečný výstupek ve tvaru kružnice, který ještě více minimalizuje pohyby nástroje uvnitř drážky

Šrouby s plochou drážkou

Obr. 3. Hlava šroubu a bit s plochou drážkou

Byly to první používané šrouby. Jejich výroba je dodnes nejjednodušší a nejlevnější.

Ve srovnání s novějšími, modernějšími typy skutek má samé nevýhody: malá dosedací plocha nástroje způsobovala při vyšším zatížení deformaci drážky, čehož častým následkem bylo vyklouznutí pracovní části šroubováku z drážky.

Důležité je, aby při práci hrot šroubováku přesně sedl do drážky. Pokud je větší, nevejde se tam a je-li menší, tak možná šroubem i pohneme, ale pravděpodobně při vyšším zatížení zničíme hlavu šroubu.

Největší nevýhodou tohoto typu šroubu je to, že je velmi náročné dosáhnout přesného centrování hrotu šroubováku na hlavě šroubu. Mnozí starší truhláři si určitě vzpomenou na frustraci, když plochý šroubovák vyklouzl z hlavy drážkovaného šroubu a poškodil obrobek.

Po masivním nástupu elektrických šroubováků ustoupil tento typ šroubu zcela do úzadí, protože používat je s těmito nástroji je prakticky nemožné. Přesto mají ve světě stále své místo. Používají se při jednoduchých tesařských pracích a při aplikacích, kde je zapotřebí minimální točivý moment. Kromě toho při restaurování starožitného nábytku a vozidel. Také u hudebních nástrojů vyrobených z mosazi a obecně ze žlutých kovů takový šroub „vypadá nejlépe.“

Obr. 4. Poškozená plochá drážka

Šrouby s křížovou drážkou

Obr. 5. Hlava šroubu a bit s křížovou drážkou

Šroub s křížovou drážkou byl vyvinut ve 30. letech 20. století a v té době představoval skutečný technologický průlom. Pro účely tohoto článku budeme hovořit obecně o „křížové drážce“, avšak mějme na paměti, že existuje řada variant křížové drážky a byli byste možná překvapeni, jak výrazně se liší svými vlastnostmi. Někdy si o tom povíme víc...

V porovnání s tradičními drážkovými šrouby má křížová drážka mnoho výhod, přičemž jednou z hlavních je automatické centrování hrotu šroubováku na hlavě šroubu. Původní křížové šrouby byly speciálně navrženy tak, aby se při překročení určitého utahovacího momentu zlomily. Pro zajímavost: zabránilo to montážníkům letadel nadměrně utahovat šrouby a strhávat měkké hliníkové závity.

Všichni víme, jak těžké je uvolnit příliš dotažený křížový šroub šroubovákem. Při použití maximálního točivého momentu je téměř nemožné udržet hrot šroubováku těsně v hlavě šroubu, neboť se při otáčení neustále vysouvá. Práci nám usnadní použití nástavce správné velikosti – toto je velmi důležité! Pokud bychom se pokusili vyšroubovat takový šroub nástavcem menšího rozměru, téměř určitě bychom poškodili drážku v hlavě šroubu a z malého problému máme velký problém.

Ovšem pozor! To, že se hrot šroubováku (bitu) při otáčení velkou silou vysouvá, může být v jistých situacích výhodou! Drážka v hlavě křížového šroubu má zaoblené rohy a zkosené úhly dosedací plochy. To umožňuje bitu vyklouznout během práce, pokud bychom překročili utahovací moment do takové míry, že by mohlo dojít k poškození spojovaného materiálu nebo zlomení šroubu.

Oproti tomu u šroubu Torx bit z drážky nevyklouzne. Pokud je síla, která je potřebná k překonání odporu materiálu vůči pohybu šroubu při šroubování větší než pevnost materiálu, ze kterého je vyroben bit nebo šroub samotný, dojde v lepším případě ke zlomení bitu a v horším ke zlomení šroubu v materiálu.

Proto se při použití šroubů Torx při vysokých požadovaných utahovacích momentech doporučuje použít šroubováky s nastavitelným maximálním utahovacím momentem.

U křížových šroubů je nutno na šroubovák působit silou ve směru otáčení šroubu, ale zároveň i silou v ose šroubováku směrem ke šroubu, jinými slovy „tlačit na šroub“.

Tlak směrem na hlavu šroubu je přirozený, pokud šroub zatahujeme, avšak je nepřirozený, pokud jej uvolňujeme (působí v opačném směru, než je pohyb šroubu při uvolňování). I toto však má druhou stránku: při uvolňování šroubu sice musíme na něj tlačit proti směru jejího pohybu, avšak její pohyb nám „jde naproti“ a tedy stačí na něj tlačit méně, než v případě jeho utahování.

Zde se projeví snad největší výhoda šroubu Torx: v případě zatahování i uvolňování šroubu stačí na šroubovák působit silou ve směru otáčení šroubu. Je to neocenitelná výhoda obzvláště při práci ve stísněných podmínkách, kde není dostatek prostoru na to, aby se člověk uměl do šroubu pořádně „opřít“.

Vnitřní šestihran

Obr. 6. Hlava šroubu šrouby s vnitřním šestihranem

Šrouby s vnitřním (u nás často nazývaná „imbusové“) nebo vnějším šestihranem kterou známe a denně používáme, byly standardizovány ve Spojených státech v 19. století. Na první pohled je velmi podobný šroubu Torx, avšak v jejich konstrukci jsou výrazné rozdíly.

Každý, kdo pracoval s imbusovými klíči ví, jak snadno se hrany a plochy šestihranného otvoru poškodí, zejména u šroubů, které je třeba často šroubovat a uvolňovat vyšším utahovacím momentem. Hrany otvoru se obrousí, zaoblí a v tom momentě přestává být šroub použitelným.

Často jej už nelze vůbec vyšroubovat a je třeba jej odvrtat, dokonce v případě strojních šroubů velkých rozměrů přivařit na jeho hlavu kus kovu, pomocí kterého je vhodným nástrojem možno šroub vyšroubovat.

Obr. 7. Poškozená hlava šroubu s vnitřním šestihranem

Obr. 8. Přenos sil působících na dosedací plochy drážek šroubů s vnitřním šestihranem a šroubů Torx

Na ilustraci (obr.8) můžete vidět, v čem spočívá hlavní výhoda šroubu Torx: úhel pracovní části nářadí (šroubováku) vůči dosedacím ploškám v hlavě šroubu je u vnitřního šestihranu 60° a u šroubu Torx jen 15°. Tento menší úhel zajišťuje těsnější dosednutí nástroje do hlavy šroubu a koncentraci hnací síly do všech částí dosedací plochy.

Proto je šroub Torx schopný bez poškození zvládnout podstatně větší tlak, než šroub s vnitřním šestihranem a lze jej utahovat větším utahovacím momentem. Vedlejším pozitivním důsledkem této konstrukce je delší životnost samotného pohonu – hrotu šroubováku nebo šroubovacího nástavce.

Samozřejmě do hry vstupují i další faktory, například tvrdost materiálu, ze kterého je šroub vyroben.

Porovnání vlastností šroubů Torx s jinými typy:

Jak vidíme, šroub Torx oproti jiným konstrukcím nemá jen výhody.

Jeho nevýhody už jsme zmínili: že bit Torx správné velikosti z hlavy šroubu nevyklouzne a tedy při působení velké síly se v lepším případě zlomí bit a v horším samotný šroub.

Kromě toho například v porovnání s křížovým šroubem je u šroubu Torx těžší centrování bitu vůči drážce.

A v neposlední řadě - cena. V minulosti byla cena samotného šroubu a také nástrojů pro jeho manipulaci (šroubováky, bity) podstatně vyšší, než u jiných typů šroubů. Vyplývalo to ze složitější výroby těchto nástrojů. V současnosti se tyto cenové rozdíly pomalu stírají a lze říci, že jsou téměř zanedbatelné, snad s výjimkou méně používaných rozměrů.

Závěr:

I když je šroub Torx jedním z vrcholů vývoje v této oblasti a má oproti ostatním konstrukcím řadu výhod, nelze jednoznačně říci, že je nejlepší. Vždy závisí na oblasti použití, spojovaných materiálech, požadovaných utahovacích momentech, či časté potřebě montáže/demontáže, jaký šroub zvolit, aby co nejlépe posloužil danému účelu. Možností je nespočetné množství...

Klíčová slova: šroub, TORX, security torx, torx paralobe, T10, T15, T20, T25

Zdroje:
Interní technické a školicí materiály společnosti HERMAN
https://workshoppist.com/torx-or-phillips-drive/
https://en.wikipedia.org/wiki/Screw
https://rtstools.com/why-torx-bolts-are-better-than-hex-bolts/

Ing. Anton Tokár

Vystudoval jsem softwarové inženýrství a programování jsem se aktivně věnoval více než 25 let. V současné době je mou hlavní pracovní náplní ve společnosti Herman koordinace týmu, který vyvíjí naše webové stránky a řešení pro elektronické obchodování. Kromě toho mám několikaleté zkušenosti jako technolog v oddělení výroby abrazivních nástrojů. Svůj volný čas dělím mezi své koníčky, kterými jsou především umění, jízda na motorce, hra na saxofon, plavání a cestování.