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Kugelschreiber
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schreibinstrument, welches einen Tintenbehälter, eine aus Glas bestehende, eine napfartige Kugelfassung aufweisende, eine Kugel aufnehmende Halte- rung und einen Tintenzuführungskanal, der mit dem Tintenbehälter in Verbindung steht und im Boden der Kugelfassung mündet, aufweist. Derartige Kugelschreiber sind bekannt, jedoch haben sich die bisi her bekannten Konstruktionen derartiger Kugelschreiber als nicht völlig zufriedenstellend erwiesen. Es kommt nämlich bei Kugelschreibern nicht nur darauf an, die Reibung zwischen Kugelfassung und Schreib- kugel herabzusetzen, um eine sichere Mitnahme der Schreibflüssigkeit durch die Schreibkugel zu er- reichen, sondern es muss auch dafür gesorgt werden, dass die Schreibkugel beim Schreibvorgang eine ste- tige glatte Linie auf dem Papier hervorruft.
Dies setzt voraus, dass einerseits die Schreibkugel die Schreibflüssigkeit gleichmässig vom Tintenzuführungskanal mitnimmt und dass anderseits die Schreibkugel die mitgenommenen Mengen der Schreibflüssigkeit auch wieder gleichmässig an das Schreibpapier abgibt.
Diesen Anforderungen haben sich nun die bisher bekannten Kugelschreiberkonstruktionen, insbesondere bei Verwendung relativ dünnflüssiger Tinten nicht oder in nicht zufriedenstellendem Masse gewachsen ge- zeigt. Die Verwendung von relativ dünnflüssigen Tinten wird aber meist gewünscht, da derartige Tinten verhältnismässig rasch in das Schreibpapier eindringen, nicht schmieren, sich nicht abdrücken, sich auf der Aussenseite der Kugelfassung nicht ansammeln und überdies bei einem gegebenen Tintenvorrat eine im Vergleich zu dickflüssigeren Tinten längere Schreibdauer ergeben.
Die vorliegende Erfindung setzt sich nun zur Aufgabe, ein Schreibinstrument der obenbeschriebenen
Art zu schaffen, welches den erwähnten Anforderungen vollauf genügt. Die Erfindung besteht hiebei im wesentlichen darin, dass die Kugel aus einem kristallinen Material, welches mindestens die Härte des
Glases der vorzugsweise aus Borsilikatglas bestehenden Kugelhalterung aufweist, vorzugsweise aus Korund,
Saphir, Rubin, Spinell, Quarz, Smaragd oder Wolframkarbid, besteht und dass das Glas der Kugelhalterung und das kristalline Material der Kugel ungefähr den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Auf diese Weise wird ein Kugelschreiber geschaffen, welcher auch mit dünnflüssigen Tinten völlig zu- friedenstellend arbeitet. Durch die erfindungsgemässe Auswahl der Materialien von Kugelfassung und
Schreibkugel, (von welchen Materialien Korund, Saphir, Rubin, Spinell und Wolframkarbid für Schreib- kugeln an sich bekannt sind) bzw. deren Härten und Wärmeausdehnungskoeffizienten lässt sich eine hohe
Herstellungsgenauigkeit von Kugel und Kugelhalterung durch verhältnismässig billige Methoden erreichen.
Es besteht nämlich bei den im Sinne der Erfindung zur Verwendung kommenden Materialien die Möglich- keit, die Kugelfassung unter Benützung der Schreibkugel selbst als Form zu giessen bzw. zu formen. Hie- bei wird das Material der Kugelhalterung und das der Schreibkugel erhitzt, worauf die Kugelhalterung an die Schreib kugel angeformt wird. Bei der anschliessenden Abkühlung schrumpfen Kugelhalterung und Kugel infolge des ungefähr gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten um das gleiche Mass.
Wenn nun die Ober- fläche der Kugel möglichst genau der geometrischenKugelform entspricht, so bleibt trotz diesesSchrump-- fungsprozesses die äusserst genaue Lagerung für die Schreibkugel erhalten, wodurch Unterbrechungen oder
Unregelmässigkeiten im Tintenzufluss, welche bei ungenauer Lagerung der Schreibkugel beispielsweise durch Eindringen von Luft in die Kugelfassung beim Schreibvorgang hervorgerufen werden können, weit- gehend beseitigt werden. Dies hat aber zur Folge, dass sich die Tinten gleichmässig über jenen Teil der
Schreibkugel verteilt, welcher mit der Schreibfläche in Berührung kommt, wodurch beim Schreibvorgang eine glatte, ohne Unterbrechungen verlaufende Linie entsteht.
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Da durch die erfindungsgemässe Auswahl der Materialien der Kugelhalterung bzw. der Kugel, die Reibung zwischen Kugel und Kugellagerung fast völlig ausgeschaltet ist, rollt beim Schreibvorgang die Schreibkugel auf dem Papier ab, ohne darauf zu gleiten. Daher ist für die Kugel keine Veranlassung gegeben, irgendwelche Teile des Schreibpapiers zu überspringen oder das Papier beim Schreiben zu glätten.
Es hat sich erwiesen, dass, falls ein Teil der Schreiblinie nicht oder zu fein geschrieben sein sollte, der Schreibende diesem Teil sofort nachfahren und die gewünschte Tintenmenge darauf zurücklassen kann.
Die hohe Herstellungsgenauigkeit von Schreibkugel bzw. Kugellagerung durch verhältnismässig billige Methoden bietet den Vorteil, dass Fasern, Leim oder andere, von der Schreibkugel beim Schreibvorgang aufgenommene und zur Kugelfassung transportierte Fremdkörper am Eindringen zwischen die Schreib- ) kugel und ihren Sitz in der Kugelhalterung verhindert werden, wodurch Abnützung und Funktionsstörungen vermieden werden.
Schliesslich bieten die im Sinne der Erfindung verwendeten Materialien noch den Vorteil, dass sie durch die üblicherweise verwendeten Tinten nicht angegriffen werden, so dass die Lebensdauer des erfindungsgemässen Kugelschreibers relativ hoch ist. j Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das kristalline Material der Kugel härter als das Glas der Kugelhalterung. Besondere Vorteile ergeben sich ferner im Rahmen der Erfindung, wenn das Glas der Kugelhalterung einen Härtegrad zwischen 5 und 7 und die Kugel einen Härtegrad von mindestens 7 nach der Härteskala von Mohs besitzen. Durch diese Massnahmen lassen sich besonders günstige Resultate erzielen.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an Hand eines Ausführungsbeispiels schematisch dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine Teilansicht des Vorderendes eines Kugelschreibers, während Fig. 2 eine Stirnansicht dieses Vorderendes gemäss Fig. 1 ist.
Das Schreibinstrument gemäss Fig. 1 und 2 besitzt in üblicher Weise ein Gehäuse, ein Tintenreservoir und eine Schreibspitze, welche die vom Tintenreservoir gespeiste Schreibkugel 13 aufweist. Hiebei ist die Schreibspitze mit ihrem röhrenförmigen Grundkörper 16 mit dem Gehäuse verschraubt. In der Höhlung des Grundkörpers 16 sitzt eineKugelhalterung 25, welche eine das Tintenreservoir mit der Schreibkugel 13 verbindende Bohrung 36 aufweist, die zu einer nach vorne offenen Kugelfassung 37 führt. Wie später noch ausführlich beschrieben wird, besteht die Kugelhalterung 25 aus Hartglas. Von der Kugelfassung 37 führen vorzugsweise drei Seitenkanäle 38 nach hinten, wobei sie mit der Bohrung 36 über ihre ganze Länge in Verbindung stehen.
Die napfartige Kugelfassung 37 weist einen im wesentlichen sphärisch geformten Kugelsitz mit einer Öffnung 40 auf, welche Öffnung 40 im wesentlichen dreispitzförmige Gestalt aufweist (Fig. 2). Hiebei wird die Öffnung 40 von drei über den Umfang gleichmässig verteilten und zur Kugelfassung 37 konzentrisch angeordneten, voneinander in Abstand gehaltenen Kanten 41 begrenzt, so dass eine ununterbrochene Oberfläche zwischen der Öffnung 40 und dem ringförmigen Vorderrand 42 der Kugelfassung 37 gebildet wird. Ferner wird die Öffnung 40 von drei konvexen Kanten 43, welche die einander gegenüberliegenden Enden der Kanten 41 verbinden, begrenzt.
Die Öffnung 40 kann dadurch hergestellt werden, dass die drei, die Kugelfassung 37 durchsetzenden Seitenkanäle 38 so in der Kugelhalterung 25 angeordnet werden, dass die Seitenkanäle 38 sich über einen Teil ihrer Länge in der Kugelhalterung 25 koaxial zur Bohrung 36 erstrecken. Wie ersichtlich, weist bei einer derartigen Ausbildung der Seitenkanäle 38 die Kugelfassung 37 zwischen den Kanten 41 der Öffnung 40 und dem Vorderrand 42 der Kugelfassung 37 eine sphärische Oberfläche auf, mit welcher drei gleichmässig geformte, voneinander in Abstand gehaltene und sich nach innen erstreckende Lagerungsstelle 44 in Verbindung stehen.
In den zwischen dem Vorderrand 42 der Kugelfassung 37 und den Kanten 41 der Öffnung 40 befindlichenKugelzone ist eine ringförmige Rinne 45 von überall gleichem Querschnitt vorgesehen, welche zur Verbesserung der Zirkulation von Tinte und Luft und als Abscheider für Luft, Fasern, Papierleim und andere Fremdkörper, die von der Kugel beim Schreiben aufgenommen werden, dient.
Die ringförmige Rinne 45 unterteilt die zwischen den Kanten 41 und der Öffnung 40 einerseits und dem Vorderrand 42 der Kugelfassung 37 anderseits liegende Oberfläche in zwei voneinander getrennte, jedoch ohne Unterbrechung längs des ganzen Umfanges verlaufenden Oberflächenteile 48 und 49. Der Oberflächenteil 48 stellt hiebei eine Fortsetzung der Lagerungsstellen 44 dar und bildet vorzugsweise eine Kugelzone mit einem Radius, der denjenigen der Schreibkugel etwas übertrifft. Diese Kugelzone wird im folgenden als"Abstreifring"bezeichnet. Als Kugelzone wird hiebei derjenige Teil einer Kugeloberfläche verstanden, welcher zwischen zwei parallelen, die Kugel durchdringenden Ebenen eingeschlossen ist.
Der Oberflächenteil 49 kann ebenfalls im wesentlichen als Kugelzone ausgebildet sein, welche konzentrisch zur vom Oberflächenteil 48 gebildeten Kugelzone verläuft, jedoch einen etwas grösseren Radius
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ten schmirgelnden Teilchen wirken dann auf die rotierende Schreibkugel wie eine Schmirgelfläche und haben daher eine starke Abnutzung der Schreibkugeloberfläche zur Folge. Eine in erfindungsgemässer Weise ausgebildete, aus Glas bestehende Kugellagerung ist nun aber härter als die von der Schreibkugel beim
Schreibvorgang vom Papier aufgenommenen Partikel und ist daher gegen diese unempfindlich.
Wird nun in erfindungsgemässer Weise die Härte des kristallinen Materials der Sehteibkugel gleich oder grösser als die Härte der Glaslagerung gewählt, so werden die meist scharfkantigen Partikel in feine Teilchen zer- mahlen und von der Tinte aus der Lagerung herausgeschwemmt, wobei sie mit der Tinte wieder auf die
Schreibfläche zurückgelangen. Dadurch ergibt sich erst die Möglichkeit, eine Kugelhalterung, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist, mit ihren engen Toleranzen zu verwenden, ohne dass sich schon nach kurzer Zeit ein starker Verschleiss ergibt, der das klaglose Funktionieren der Kugelhalterung in Frage stellt, insbesondere, wenn dünnere Tinten verwendet werden sollen, als dies bisher bei Kugelschreibern üblich war.
Wenn gemäss der oben beschriebenen Konstruktion die Kugelhalterung aus einem unelastischen Ma- terial, welches keine Deformierung infolge Kaltfliessen erleidet, ausgebildet wird, so ist es in vorteilhaf- ter Weise möglich, Schreib kugeln aus extrem harten Materialien zu verwenden, welche durch die Schreib- oberfläche nicht abgenützt werden und welche gegenüber Fremdkörpern, welche von der Kugel aufge- nommen werden und zwischen Schreibkugel und ihre Lagerungen gelangen, unempfindlich sind. Es hat sich in der Praxis erwiesen, dass Schreibkugeln aus Metalloxyden, z. B. aus Korund oder aus Saphir im Zu- samenhang mit einer in oben beschriebener Weise ausgebildetenKugelhalterung ganz hervorragende Er- gebnisse liefern. Ausgezeichnete Resultate wurden auch mit Schreibkugeln aus Rubin, Smaragd, Spinell,
Quarz und Wolframkarbid erzielt.
Hiebei hat es sich bei Verwendung von Schreibkugeln aus einem der oben genannten Materialien als vorteilhaft erwiesen, die Schreibkugeln mit einer Vielzahl von winzi- gen Löchern oder Einbuchtungen in ihrer Oberfläche zu versehen, wobei die zwischen den Einbuchtungen verbleibenden Oberflächenteile poliert waren und eine exakte Kugelgestalt aufwiesen. Eine derartige
Schreibkugel kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass die Kugel zunächst durch Sintern in ihrer angenäherten Grösse hergestellt wird und hierauf poliert wird, so dass die fertige Kugel polierte, genau sphärische Oberflächenstellen aufweist, welche von Vertiefungen mit rauhem Grund unterbrochen sind. Hiebei können auch die Abmessungen der polierten Oberflächenstellen bzw. der Vertiefungen in gewünschter Weise gewählt werden.
Hiebei hat es sich erwiesen, dass die besten Resultate dann erhalten werden, wenn die stehengebliebenen polierten Oberflächenteile, welche zwischen den Vertiefungen liegen, nur etwa 10 % der gesamten Kugeloberfläche ausmachen.
Theoretisch sollte die Schreibkugel derartige Abmessungen aufweisen, dass sie in ihrer Lagerung mit einem Spiel von einigen wenigen Hunderttausendsteln eines Millimeters zwischen den polierten Oberflä- chenstellen der Schreibkugel und dem Abstreifring 48 sitzt. Praktisch beträgt das Spiel an der äusseren Kante des Abstreifringes vorzugsweise ungefähr ein Zehntausendstel eines Millimeters und verringert sich in Richtung auf die Innenkante des Abstreifringes. Natürlich besteht jedoch an allen Stellen der Lagerung ein gewisses Spiel. Das Spiel zwischen Einfärbering und Schreibkugel soll etwas grösser als das Spiel zwei- schen Abstreifring und Schreibkugel sein. Das Spiel zwischen dem Festhalteflansch 18 des Grundkörpers 16 und der Schreibkugel soll gleich oder grösser als das Spiel zwischen Abstreifring und Schreibkugel sein.
Es wurde zwar bereits vorgeschlagen, Metallkugeln mit Vertiefungen in der Oberfläche als Schreibkugeln zu verwenden, jedoch haben sich derartige Konstruktionen als nicht zufriedenstellend erwiesen, da sich durch die bisher stets zwischen Schreibkugel und Kugelfassung bestehende relativ grosse Reibung die zwischen den Vertiefungen der Schreibkugel verbleibenden Oberflächenanteile schnell abnützten und daher ihr Anteil an der Gesamtoberfläche der Kugel rasch anwuchs.
Schreibkugeln aus Metalloxyden in polykristalliner Form haben sich in bezug auf ihre Abnützungseigenschaften als besser als die aus Einkristallen hergestellten Schreibkugeln erwiesen. Die aus einem grossen Einkristall, beispielsweise aus Saphir (Aluminiumoxyd als Einkristall) hergestellten Kugeln weisen nämlich verschiedene Oberflächenteile auf, die in zur Kristallachse in verschiedenen Winkeln geneigten Kristallflächen liegen und dementsprechend auch verschiedene Härtegrade besitzen ; daher neigen derartige, aus Einkristallen hergestellte Schreibkugeln dazu, beim Schleifen unrund zu werden.
Dagegen weisen Schreibkugeln, welche aus Materialien polykristalliner Struktur, wie beispielsweise aus Aluminiumoxyd oder gesintertem Korund bestehen, eine gleichmässige Härte über ihre gesamte Oberfläche und ferner auch gleichmässig verteilte Vertiefungen auf, was zur Erzielung einer gleichmässigeren Linie beim Schreibvorgang von Vorteil ist.
In den üblichen Kugelschreibern wird eine pastenartige Tinte verwendet, welche bei den Bewegungen
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und von dort auf die Schreibfläche übertragen wird. Derartige pastenartige Tinten dringen jedoch infolge ihrer Zähflüssigkeit nicht in die Fasermasse des Schreibpapieres ein, sondern werden mehr oder weniger nur auf die oberste Papierfläche aufgesetzt. Hiebei wurden bisher im wesentlichen zwei verschiedene Arten von Schreibkugeln verwendet. Meist wird eine glatte Stahlkugel verwendet, welche mit genügend Spiel zum Fortschaffen der Tinte in der Kugelfassung gelagert ist. Die andere Konstruktionsart besteht darin, die Kugel mit einer genügenden Anzahl von Vertiefungen auszubilden, welche die pastenartige Tinte aufnehmen.
Es hat sich jedoch erwiesen, dass Stahlkugeln, insbesondere solche, welche Vertiefungen aufweisen, sehr empfindlich gegenüber der schleifenden Wirkung von in die Kugelhalterung auf die obenerwähnte Weise eingebetteten Fremdpartikeln sind und daher rasch abgenützt werden. In analoger Weise werden auch bei Verwendung von glatten Stahlkugeln die vorstehenden Stellen der Kugellagerung durch die zwischen der sich drehenden Schreibkugel und der Kugellagerung herrschende Reibung bald vollständig weggeschliffen.
Die erfindungsgemässe Konstruktion gibt nun die Möglichkeit, Lagerung und Schreibkugel mit so geringen Toleranzen herzustellen, dass die frei fliessende Tinte abgestreift wird. Hiebei lassen sich diese Toleranzen im Gebrauch fast unbegrenzte Zeit aufrecht erhalten, da praktisch keine Abnützung auftritt.
Es können nämlich bei der erfindungsgemässen Konstruktion nur äusserst kleine Fremdpartikel durch die Schreibkugel hinter den Einfärbering 49 getragen werden, wobei die wenigen Fremdteilchen, die dorthin gelangen, durch die viel härteren Oberflächen der Schreibkugel und des Einfärberinges, also der Kugelhalterung, zu einem feinen Schlamm zerrieben werden, welcher in die Rinne 45 ausgeschieden wird, dieselbe entlang fliesst, hierauf mit der an der sich nach aussen bewegenden Kugeloberfläche befindlichen Tinte gemischt wird und mit dieser Tinte aus der Kugelhalterung herausgeführt und auf dem Schreibpapier abgesetzt wird.
Da ferner sowohl die Schreibkugel als auch die Kugelhalterung aus nicht elastischem Material besteht, können die Fremdteilchen auch nicht in die Oberflächen der Schreibkugel bzw. der Kugelhalterung eingebettet werden, so dass kein Schleifprozess stattfinden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kugelschreiber mit einem Tintenbehälter, mit einer aus Glas bestehenden, eine napfartige Kugelfassung aufweisenden Kugelhalterung, mit einem Tintenzuführungskanal, der mit dem Tintenbehälter in Verbindung steht und im Boden der Kugelfassung mündet, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (13) aus einem kristallinen Material, welches mindestens die Härte des Glases der vorzugsweise aus Borsilikatglas bestehenden Kugelhalterung aufweist, vorzugsweise aus Korund, Saphir, Rubin, Spinell, Quarz, Smaragd oder Wolframkarbid, besteht und dass das Glas der Kugelhalterung (25) und das kristalline Material der Kugel (13) ungefähr den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.