Zwei Patente schufen den Kreuzschlitz, und keines erwähnt Cam-out

Phillips hat durchaus ein eigenes Patent auf die Aussparung. Es ist US 2,046,343, angemeldet am 3. Juli 1934 und erteilt am 7. Juli 1936, und sein Kopf lautet „Henry F. Phillips, Portland, Oreg., assignor, by mesne assignments, to Phillips Screw Company, Wilmington, Del.“ Beide Dokumente wurden für diese Seite vollständig gelesen. Zusammen umfassen sie sechs Druckseiten, fünf Ansprüche und sehr viel Argumentation über das Stanzen.

Das Patent von 1933 ist ein Argument über Herstellkosten

Der erste Absatz nennt den Zweck: eine Schraube mit einer Öffnung, die es einem einzigen Schraubwerkzeug erlaubt, Schrauben verschiedener Größen anzutreiben. Der zweite begründet, warum die Wände nach außen zu einer Schneide zusammenlaufen: Das ermöglicht den Einsatz automatischer Maschinen, um Schrauben in Mengen zu vertretbaren Kosten herzustellen. Danach nimmt sich das Patent die Alternativen vor.

Kreuzförmige Öffnungen waren schon vorgeschlagen worden und hatten sich als unpraktisch erwiesen. Mehrere vorgeschlagene Bauarten erforderten Gießen, das so teuer ist, dass die Herstellkosten untragbar werden. Andere erforderten Räumen, und Räumen schiebt das Metall vor dem Werkzeug her und stört die Metallverteilung derart, dass der Schraubenkopf äußerst zerbrechlich wird. Dem stellt das Patent das bestehende Gewerbe gegenüber: Gewöhnliche Schrauben werden auf automatischen Maschinen geschnitten, gerollt oder gestanzt und kosten in der Herstellung nur wenige Cent je hundert Stück.

Das im Dokument genannte Ziel ist also, den Einsatz automatischer Maschinen zu ermöglichen, indem die vorgeschlagene kreuzförmige Öffnung so abgewandelt wird, dass die üblichen Maschinen mit geringen Änderungen verwendet werden können und die Herstellkosten nur in unerheblichem Maß steigen. Als Vorteile werden genannt, dass der Kopf nahe seinem Außenrand fester ist, dass eine kleinere Öffnung genügt und dass das Erzeugnis ordentlicher aussieht.

Der Negativbefund, klar formuliert

Das Wort cam kommt in US 1,908,080 nicht vor. Kein Satz darin beschreibt, dass der Schraubendreher aus der Aussparung steigt, auslöst, abrutscht oder das Drehmoment begrenzt. Die vier Ansprüche sind Geometrie und sonst nichts: Flügel, Seitenwände, die radial zu Schneiden und nach unten zu einem gemeinsamen Punkt auf der Schraubenachse zusammenlaufen. Drehmoment ist in keinem davon ein Begriff.

Das wirkt in beide Richtungen. Die verbreitete Geschichte, die Aussparung sei zum Abrutschen konstruiert worden, findet im Gründungsdokument keine Stütze. Ebenso war unser eigener früherer Satz, das Patent beanspruche eine fehlende Neigung zum Cam-out, ohne Beleg. Ein Patent, das ein Verhalten nicht behandelt, kann in einem Streit darüber für keine Seite angeführt werden.

Dasselbe Schweigen zeigt sich auf der Werkzeugseite. Im öffentlich lesbaren Teil der ISO-Norm, die die Schraubendreherspitze bemaßt, kommt das Wort cam ebenfalls nicht vor, und es gibt keinen Hinweis auf ein Drehmoment, bei dem die Spitze die Aussparung verlassen soll.

Der Satz, an den man vermutlich denkt, stammt von 1936

Phillips’ eigenes Patent enthält eine Passage, die dem nahekommt, wonach die Cam-out-Debatte immer wieder greift. Unter den Zwecken der Erfindung:

Eine formschlüssige Verriegelung und Stabilisierung unter allen Lastbedingungen ist nicht die Sprache eines absichtlichen Rutschmechanismus. Wenn irgendetwas in den beiden Dokumenten etwas über die Konstruktionsabsicht aussagt, dass der Schraubendreher an seinem Platz bleibt, dann diese Stelle, und es lohnt sich zu wissen, dass es sie gibt.

Es lohnt sich aber auch zu wissen, was sie ist. Es handelt sich um einen Absatz über die Zwecke der Erfindung, den Teil eines Patents, in dem der Anmelder sagt, wofür die Sache gedacht ist. Er ist kein Anspruch, keine Messung und keine Aussage, dass die Aussparung bei irgendeinem Drehmoment hält. Der einzige Anspruch in US 2,046,343 beschreibt Nuten, flache Bodenwände, parallele Eckkanten und ihre Winkel. Auch er sagt nichts über Last. Den Zweckabsatz so zu zitieren, als hätte das Patent etwas über das Verhalten unter Drehmoment bewiesen, wäre derselbe Fehler, den wir beim ersten Mal gemacht haben, nur in die andere Richtung.

Woher die Winkel kamen

Das Patent von 1936 erklärt durchaus, wie die Geometrie der Aussparung zustande kam, und die Antwort ist nicht die erwartete. Die Winkelbeziehung aller Wände zueinander und besonders zur Tiefe der Aussparung wurde sorgfältig berechnet und in Versuchen bestimmt, die eigens durchgeführt wurden, um die Wirkung von Stempeln verschiedener Winkelformen bei der Erzeugung von Aussparungen dieser besonderen Art zu untersuchen.

Die im Dokument genannten Versuche sind Stempelversuche. Die genannte Variable ist die Winkelform des Stempels, und das genannte Ergebnis ist eine Aussparung, die durch einen einfachen Stanzvorgang mit richtiger und gleichmäßiger Verdrängung des Metalls hergestellt werden kann. Der Flankenwinkel, den ein heutiger Leser als Ursache des Cam-out kennt, wird hier als Ergebnis einer Untersuchung zur Umformung beschrieben, und das Patent liefert keine gesonderte Darstellung, ihn nach dem Verhalten des Schraubendrehers gewählt zu haben.

Eine weitere Folge des Stanzens wird beansprucht, und sie ist mechanischer Art. Das Drängen und Verdrängen durch den Stempel verdichtet einen Teil des Kopfwerkstoffs, was eine Verfestigung des Metalls bewirkt, und das Patent nennt dies ein wichtiges Merkmal, weil diese Verfestigung einen Kopf von weit größerer Festigkeit als bisher möglich ergibt. Kaltverfestigung der Aussparungswand, als Vorteil beansprucht, im Jahr 1936.

Wie man eine solche Quelle liest

Patente haben zwei Register, und man verwechselt sie leicht. Zwecke und Beschreibung sind Überzeugungsarbeit, geschrieben, um zu erklären, warum die Erfindung die Erteilung verdient und oft auch den Kauf. Die Ansprüche sind die rechtliche Grenze, und sie sind meist enger und nüchterner als die Prosa darüber. Eine Geschichte über ein berühmtes Produkt wird fast immer aus der Überzeugungsarbeit gebaut, weil das der lesbare Teil ist.

• Prüfen, wessen Name daraufsteht. Eine Übertragung ist üblich und sagt nichts Schlechtes über irgendjemanden, aber Erfinder und Rechtsnachfolger sind verschiedene Rollen, und populäre Nacherzählungen lassen die Unterscheidung fallen
• Den tatsächlichen Text nach dem tatsächlichen Wort durchsuchen, bevor man wiederholt, dass ein Dokument etwas sagt. Zwei dieser drei Seiten gibt es, weil wir das nicht getan haben
• Einen Anspruch von einem Zweck trennen. Die Ansprüche beider Patente sind reine Geometrie, also trifft keines der beiden eine rechtliche Aussage über Drehmoment
• Schweigen als Schweigen behandeln. Cam-out nicht zu erwähnen ist nicht dasselbe, wie es zu bestreiten, und nicht dasselbe, wie es zu beabsichtigen

Unser Beitrag darüber, was in einem Kreuzschlitz unter Drehmoment tatsächlich geschieht, wurde entsprechend dem Inhalt dieser Dokumente korrigiert. Die Mechanik auf jener Seite – die Geometrie, die Andruckkraft und der Unterschied zur JIS-Aussparung – bleibt unberührt, weil sie nie von den Patenten abhing.

Dieser Beitrag behandelt Schritt 4: Antrieb. Die vollständige Reihenfolge lautet Grundwerkstoff, Gewinde, Kopf, Antrieb, Oberfläche und Dokumentation. Warum eine andere Reihenfolge Nacharbeit verursacht, erläutert der englische Beitrag Specifying a screw.

Häufige Fragen

Wer hat die Phillips-Schraube erfunden?

Das Patent von 1933, das gewöhnlich für die Aussparung zitiert wird, US 1,908,080, nennt John P. Thompson aus Portland, Oregon, als Erfinder und vermerkt, dass es durch direkte und mittelbare Übertragungen auf H. F. Phillips aus Portland, Oregon, übertragen wurde. Henry Phillips meldete am 3. Juli 1934 ein eigenes Patent auf eine verbesserte Aussparung an, erteilt als US 2,046,343 am 7. Juli 1936 und übertragen auf die Phillips Screw Company. Beide Dokumente sind als Scans beim USPTO lesbar.

Sagt das Phillips-Patent, die Schraube sei für Cam-out konstruiert?

Nein. Das Wort cam kommt weder in US 1,908,080 noch in US 2,046,343 vor. Keines der Dokumente beschreibt, dass der Schraubendreher aus der Aussparung steigt, abrutscht oder das Drehmoment begrenzt, und die Ansprüche beider sind rein geometrisch. Das Patent von 1933 argumentiert über Herstellkosten, über Gießen und Räumen und über die Kopffestigkeit.

Sagt das Patent, die Schraube sei so konstruiert, dass kein Cam-out auftritt?

Auch das sagt es nicht, und diese Seite hat es früher behauptet. Die nächstliegende Passage steht im Phillips-Patent von 1936, das unter seinen Zwecken Nuten und Seitenwände nennt, die maximale Anlageflächen und Selbstzentrierung bieten und bei allen Schraubvorgängen und unter allen Lastbedingungen als formschlüssige Verriegelung und Stabilisierung zwischen Schraube und Schraubendreher wirken. Das ist eine Aussage über die Zwecke der Erfindung, kein Anspruch und keine Messung.

Warum wurde der Kreuzschlitz erfunden?

Nach dem Dokument von 1933 aus drei Gründen, die es selbst nennt. Ein Schraubwerkzeug konnte Schrauben vieler Größen antreiben, weil alle Öffnungen im Wesentlichen dieselbe Verjüngung haben. Die geflügelte Öffnung ließ sich mit geringen Änderungen auf gewöhnlichen automatischen Maschinen herstellen, wo frühere kreuzförmige Vorschläge Gießen oder Räumen erforderten. Und Stanzen verdrängte weit weniger Metall als das Räumen einer Öffnung mit eckigen Enden, das laut Patent Schraubenköpfe äußerst zerbrechlich gemacht hatte.

Wie wurden die Winkel der Phillips-Aussparung gewählt?

US 2,046,343 sagt, die Winkelbeziehung aller Wände zueinander und besonders zur Tiefe der Aussparung sei sorgfältig berechnet und in Versuchen bestimmt worden, die eigens durchgeführt wurden, um die Wirkung von Stempeln verschiedener Winkelformen bei der Erzeugung solcher Aussparungen zu untersuchen. Die geprüfte Variable war der Stempel. Eine gesonderte Darstellung, die Winkel nach dem Verhalten des Schraubendrehers gewählt zu haben, enthält das Patent nicht.

Erwähnt das Patent eine Verfestigung des Schraubenkopfs?

Das Patent von 1936 tut es. Es stellt fest, dass das Drängen oder Verdrängen durch den Stempel mit der daraus folgenden Verdichtung von Teilen des Kopfwerkstoffs eine Verfestigung des Metalls bewirkt, und nennt dies ein wichtiges Merkmal der Erfindung, weil es einen Kopf von weit größerer Festigkeit als bisher möglich ergibt.

Quellen

• US 1,908,080, „Screw“, John P. Thompson, übertragen an H. F. Phillips. Angemeldet am 20. Mai 1932, Serial No. 612,555; erteilt am 9. Mai 1933. Vollständige Beschreibung und vier Ansprüche
• US 2,046,343, „Screw“, Henry F. Phillips, übertragen an die Phillips Screw Company. Angemeldet am 3. Juli 1934, Serial No. 733,623; erteilt am 7. Juli 1936. Vollständige Beschreibung und ein Anspruch

Beide Patente wurden als PDF-Faksimiles aus dem Volltext- und Bilddienst des USPTO heruntergeladen. Keines hat eine Textebene; beide wurden daher mit 200 dpi in Bilder gerendert und von der Seite gelesen. Jedes Zitat oben ist aus diesen Scans abgeschrieben; die Links zu Google Patents sind angegeben, weil sie dasselbe Faksimile an einem stabilen öffentlichen Ort bereitstellen. Das Fehlen des Wortes cam ist ein Negativbefund aus dem Lesen der sechs Druckseiten beider Dokumente, keine maschinelle Suche in einer Textebene, denn es gibt keine Textebene, die sich durchsuchen ließe. Die in der Einleitung von US 2,046,343 erwähnte gleichzeitig anhängige Anmeldung über Schraubendreher wurde für diese Seite nicht gelesen, und nichts daraus wird zitiert. Diese Seite verteilt das Verdienst an der Erfindung nicht zwischen dem genannten Erfinder und dem genannten Rechtsnachfolger und vergleicht keines der Dokumente mit einem späteren Patent. Unsere eigene frühere Aussage, die Anmeldung von 1933 beanspruche, der Schraubendreher neige nicht zum Cam-out, stammte aus einem Lexikoneintrag statt aus dem Patent, wird vom Dokument nicht gestützt und wurde entfernt.