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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Kugelschreiberspitze
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung einer Kugelschreiberspitze, bei der die Achse der Kugelfassung im vorderen Teil des Spitzenkörpers mit der Achse des rückwärtigen Teiles (Halteteiles) des Spitzenkörpers einen Winkel einschliesst. Es handelt sich dabei um Kugelschreiberspitzen bekannter Bauart, bei denen die Kugel auf einer Mehrzahl von sphärischen Bodensitzflächen ruht, zwischen denen Tintenkanäle angeordnet sind, die in der Kugelfassung münden.
Durch die Abwinkelung wird dabei der Zweck verfolgt, dass beim Schreiben die Achse der Kugelfassung und des Teiles des Zuführungskanales, welcher unmittelbar hinter der Fassung liegt, bezüglich der Längsachse des Halteteiles und damit auch hinsichtlich der Längsachse des Schreibgerätes geneigt ist, so dass sie im wesentlichen senkrecht zu der Schreibfläche gehalten werden kann.
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eines Loches von zwei entgegengesetzten Enden des Werkstückes her erzeugt, wobei die beiden Bohrungen unter dem erforderlichen Winkel zueinander stehen. Andere Vorschläge zielten auf eine gebogene Kugelschreiberspitze ab.
Die bekannten Vorschläge haben aus zahlreichen Gründen nicht befriedigt. In vielen Fällen konnten die Schwierigkeiten und/oder die Kosten der Massenfertigung derartiger Kugelschreiberspitzen von gleichmässig guter Qualität nicht überwunden werden. Es war bisher kein geeignetes Verfahren zum zweckmässigen Zusammenbauen oder Montieren bekannt. Das Ergebnis der bisher gemachten Anstrengungen war, dass die erzielten Verbesserungen nicht die Schwierigkeiten und zusätzlichen Kosten gerechtfertigt erscheinen liessen.
Die Erfindung macht es sich nun zur Aufgabe, besonders vorteilhafte Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung derartiger "Winkelspitzen" zu schaffen, mit denen vor allem den bei der Massenfertigung gegebenen Verhältnissen Rechnung getragen wird.
Zu diesem Zweck sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung solcher Winkelspitzen vor, dessen Hauptkennzeichen darin besteht, dass auf den aussen hinter der Kugelfassung abgestützten, vorzugsweise bereits mit der Schreibkugel versehenen Spitzenkörper an einer gegenüber der Achse des rohrförmigen Halteteiles seitlich versetzten Stelle, u. zw. an einer Schulter im Inneren des Spitzenkörpers eine nach der Schreibkugel hin gerichtete Schubkraft ausgeübt wird, die zufolge der im Bereich der Angriffsstelle erzielten Streckung des Materials den vorderen Teil des Spitzenkörpers in die gewünschte abgewinkelte Lage bringt.
Zweckmässig wird dabei der Spitzenkörper gleichmässig über seinem ganzen Umfang abgestützt und die Schubkraft in einer zur Achse des Spitzenkörpers parallelen Richtung ausgeübt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das Verfahren vorteilhafterweise auch so durchgeführt werden, dass der Spitzenkörper mittels der Schubkraft durch die Abstützung hindurchgezogen und dabei der Spitzenkörper einem entsprechenden Verzug unterworfen wird.
Die Lage der Angriffsstelle der Schubkraft kann dabei so gewählt werden, dass die Angriffsstelle in Richtung gegen die Kugelfassung gesehen anfänglich hinter der Abstützzone gelegen ist. Es erweist sich als vorteilhaft, wenn der Bereich des Angriffes der Schubkraft und der Abstützung anfänglich in einer Entfernung von der Mitte der Schreibkugel vorgesehen ist, die wenigstens dem einfachen, vorzugsweise wenigstens dem dreifachen Durchmesser der Schreibkugel gleicht.
Unter Umständen kann die Schubkraft auch gegen eine schräg zur Achse des Spitzenkörpers liegende innere Schulterfläche desselben zur Wirkung gebracht werden.
Zur Vereinfachung des Herstellungsverfahrens kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung auch vorgesehen sein, dass zur Ausübung der Schubkraft ein in dem Spitzenkörper eingeführter rohrförmiger Teil, z. B. der Tintenbehälter oder ein Zwischenstück desselben, verwendet wird, wobei der
Spitzenkörper durch die äussere Abstützung hindurchgedrückt und durch die bei diesem Ziehvorgang auftretende Verkleinerung des Spitzenkörpers bzw. seines Halteteiles auf dem Dom befestigt wird.
Die Erfindung hat auch eine zur Durchführung dieser Verfahren besonders geeignete Vorrichtung zum Gegenstand, deren Hauptkennzeichen darin besteht, dass zur äusseren Abstützung des
Spitzenkörpers ein Stützring und zur Ausübung der Schubkraft ein in Richtung der Achse des
Stützringes beweglicher, voller oder rohrförmiger, gegebenenfalls durch den mit dem Spitzenkörper zu verbindenden Tintenbehälter selbst gebildeter Druckstempel vorgesehen sind.
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, die Stirnfläche des Druckstempels schräg zur Achse des
Stempels auszubilden. Ausserdem wäre es auch möglich, die Achse des Druckstempels gegen die Achse des Stützringes versetzt anzuordnen.
Der Rohling soll aus einem geeigneten duktilen Material gebildet sein. Bei Anwendung der Erfindung wird es vorgezogen, einen z. B. aus Kupfer, vorzugsweise durch Kaltverformung hergestellten Rohling zu verwenden. Vor Anwendung der Erfindung auf einen Spitzenrohling wird die Schreibkugel vorzugsweise in ihre Lage gebracht, und der Rand der Kugelfassung wird gebördelt, um die Kugel in ihrer Stellung zu halten, wobei diese Zusammendrückung den Kugelsitzen ihre endgültige Form geben kann. Es ist wichtig, dass dieser Schritt bei dem Herstellungsverfahren auf den Rohling angewandt wird, bevor letzterer dem Verfahren gemäss der Erfindung unterworfen wird, weil die erwähnte Zusammendrückung bei einem Spitzenrohling, dessen Fassungsachse geneigt ist, schwer zufriedenstellend auszuführen ist.
Bei Verformung des Rohlings kann die erforderliche Relativbewegung zwischen dem Druckstempel und dem Stützring entweder durch Bewegung eines dieser Elemente oder beider bewirkt werden.
Die Wandstärke des Rohlings in dem Bereich, wo letzterer abgewinkelt wird, sollte so gross gewählt werden, dass ein Bruch vermieden wird. Gute Ergebnisse wurden mit einem Verhältnis zwischen Innen-und Aussendurchmesser in diesem Bereich von 0, 65 bis 0, 85 erzielt.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass das Verfahren eine Ovalität des Vorderteiles der Kugelschreiberspitze in Querschnittsebenen, welche senkrecht zur Achse der Fassung stehen, mit sich bringen kann, wodurch der Spalt oder das Spiel zwischen der Kugel und ihrer Fassung verändert und dadurch eine schädliche Wirkung auf die Schreibspur auftreten kann.
Um dieses Ovalwerden zu vermeiden, kann die Vorrichtung so gestaltet sein, dass der Stützring eine elliptische oder ovale Öffnung besitzt, deren Ovalität durch die Beziehung e = 50 (sinatg 2a+ 2 cosa- 2) bestimmt ist, wobei eden Prozentsatz, um den die grössere Achse länger als die kleinere Achse ist, und zu den angestrebten Neigungswinkel des vorderen Teiles des Spitzenkörpers (gegenüber dem hinteren) bedeutet, welch letzterer zweckmässig der Hälfte des eingeschlossenen Verjüngungswinkels des konisch auslaufenden Spitzenkörpers entspricht.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. Dabei zeigen die Fig. l bis 4 verschiedene Stadien bei einer Ausführungsform des Verfahrens gemäss der Erfindung, die Fig. 5 und 6 verschiedene Stadien einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens, die Fig. 7 und 8 verschiedene Stadien einer dritten Ausführungsform, die Fig. 9 bis 14 verschiedene Stadien einer vierten Ausführungsform und die Fig. 15 und 16 verschiedene Stadien bei einer fünften Ausführungsform.
Der Schreibspitzenrohling-10-nach Fig. l, der z. B. aus Kupfer durch einen Kaltverformungsvorgang hergestellt werden kann, besitzt einen sich verjüngenden Vorderteil--11-- (mit einem Konuswinkel von z. B. 260) und einen sich nach hinten erstreckenden hülsenförmigen
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Fortsatz-12--. Die zylindrische Bohrung --13-- des Forstatzes --12-- mündet in einer Schulterfläche-14--, vor der eine kleinere Bohrung --15-- angeordnet ist, von der aus ein axialer Zuführungskanal --16-- zu der axial angeordneten Kugelfassung --17-- führt. Die Fassung enthält die Schreibkugel--18--. Ihr Rand--19-ist gebördelt, um die Kugel in ihrer Lage zu halten.
Die Sitzflächen innerhalb der Fassung sind vollständig ausgebildet, weshalb der Rohling--10--bereits als Kugelschreiberspitze verwendet werden könnte. Für die Zwecke der Erfindung müssen an dem Rohling jedoch noch bestimmte Arbeitsvorgänge ausgeführt werden.
Der erste dieser Arbeitsvorgänge kann ein Ziehvorgang sein, durch den der Durchmesser des Rohlings verringert und derselbe in die Länge gezogen wird. Zu diesem Zweck wird nach den Fig. 1 und 2 eine Ziehform-22-mit einer im wesentlichen zylindrischen Öffnung --23-- verwendet, zu der ein trichterförmiger Eingang-24- (vorzugsweise mit einem Öffnungswinkel von 16 ) führt. Ein weiterhin vorgesehener zylindrischer Druckstempel --25-- hat eine solche Grösse, dass er in die Bohrung --15-- des Rohlings eintreten kann und gegen die rechtwinkelige Stirnfläche-20- stösst. Durch die Relativbewegung zwischen der Form und dem Druckstempel wird der Rohling - durch die Form hindurchgedrückt und zu der kleineren Form --10a-- nach Fig, 2 ausgezogen.
Bei diesem Ziehvorgang wird nicht nur der Aussendurchmesser des Rohlings verringert ; die
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Rohlings durch die Öffnung ein angemessener Widerstand entgegengesetzt wird. Der Durchmesser des Druckstempels --29-- ist derart gewählt, dass er mit sehr kleinem Spiel in die verkleinerte Bohrung -- eindringen kann. Der Winkel der Stirnfläche-30-ist vorzugsweise gleich dem halben Konuswinkel des Endes --11-- des Rohlings ; er beträgt im vorliegenden Beispiel also 130.
Der Druckstempel --29-- wird in den Rohling eingeführt, wobei die Spitze der Stirnfläche - gegen die Stirnfläche --20-- der verringerten Bohrung--15a--stösst. Die Beziehung zwischen den Innen- und Aussendurchmessern des Rohlings an der Ebene der Fläche --20-- liegt innerhalb des oben angegebenen Verhältnisses. Der Rohling wird auf Grund der Relativbewegung zwischen dem Stützring und dem Druckstempel durch den Stützring hindurchgedrückt. Es ist zu beachten, dass der Druckstempel ausserhalb des Zentrums mit der Fläche --20-- in Berührung kommt.
Der Vorderteil des Rohlings wird um einen Winkel geneigt, welcher im wesentlichen der gleiche wie der der Fläche-30-ist. Das ist entweder eine Folge der Tatsache, dass wegen der Schräge der Stirnfläche --30-- der Druck auf den Rohling eine seitliche Komponente hat, welche ein Biegemoment auf den Rohling ausübt und/oder der Tatsache, dass eine Seite des Rohlings mehr als die andere gestreckt wird. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, ergibt sich eine Neigung des Zuführungskanals - -16-- um diesen Winkel, so dass die Achse der Kugelfassung --17-- ebenfalls geneigt ist und die Kugelfassung bezüglich der Hauptmittellinie des Rohlings versetzt ist.
Es ist natürlich wichtig, dass die Öffnung --27-- des Stützringes zuerst mit dem Vorderteil des RoWings --10a-- in einem Bereich in Berührung kommt, welcher gegenüber der Kugelfassung nach hinten versetzt ist. Diese Berührung kann z. B. in einem Bereich in der Nähe der Ebene der Stirnfläche --20-- erfolgen.
Da der Neigungswinkel gleich dem halben Konuswinkel des Endes des Rohlings ist, folgt, dass eine Seite des konischen Endes mit dem Rest des Rohlings ausgerichtet wird, wie das links an dem in Fig. 4 dargestellten Rohling zu erkennen ist. Die fertige Kugelschreiberspitze--31--ist jetzt in einem Zustand, dass sie mit einem Tintenbehälter verbunden werden kann.
Die in den Fig. 5 und 6 veranschaulichten Arbeitsgänge werden vorgenommen, um zu gewährleisten, dass der Bereich, in dem der Rohling gebogen wird, weiter von der Kugelfassung entfernt ist. Das Ausmass der Abwinkelung der Fassung ist grösser als bei dem an Hand der Fig. 3 und 4 beschriebenen Verfahren. Es wird ein Stützring --26a-- mit einer Öffnung --27a-- verwendet, die etwas kleiner als der Aussendurchmesser des Rohlings --10-- ist. Der Stützring weist eine sich verjüngende Führung oder einen sich verjüngenden Eingang --28a-- auf, Die Grösse der Öffnung - -27a-- ist so, dass der Stützring hinter der Kugelfassung in Berührung mit dem sich verjüngenden Ende des Rohlings kommt, u. zw. vorzugsweise in dem Bereich der Schulter oder Fläche-14-der Bohrung-13-.
In diesem Bereich liegt die Beziehung für Innen- und Aussendurchmesser innerhalb des vorstehend angegebenen Verhältnisses. Der Druckstempel --29a-- hat einen etwas geringeren Durchmesser als die Bohrung --13-- des Rohlings und weist ausserdem eine schräge Stirnfläche - 30-auf.
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Der Druckstempel wird etwas exzentrisch bezüglich des Innenraumes des Rohlings angesetzt (der Grad der Exzentrizität ist in Fig. 5 übertrieben dargestellt). Die Spitze des Druckstempels kommt mit einer Stelle der Schulterfläche --14-- in Berührung, Wenn der Rohling --10-- nunmehr durch den Stützring gegen den von der Einschnürungsöffnung --27a-- ausgeübten Widerstand gedrückt wird, wird der Vorderteil des Rohlings zur Seite um einen Winkel geneigt, welcher im wesentlichen gleich dem der Stirnfläche-30-ist. Der Biegungsbereich liegt in der Nähe der Schulter--14--. Die entstehende fertige Kugelschreiberspitze ist in Fig.6 mit --32-- bezeichnet.
Wenn für den Druckstempel ein Behälterrohr verwendet wird, wird der Rohling beim Hindurchtreten durch den Stützring auf dem Rohr zusammengedrückt, und die beiden Elemente werden miteinander verbunden. Dieser Vorgang ist in den Fig. 7 und 8 dargestellt. Das Behälterrohr --33-- (zweckmässigerweise mit einer Bohrung von kapillarem Ausmass) besitzt wenigstens an seinem Vorderende --33a-- einen etwas geringeren Durchmesser als die Bohrung--13-, so dass sie in ähnlicher Weise wie der Druckstempel --29a-- wirkt. Es besitzt eine schräge Stirnfläche-30-.
Der Stützring --26a-- ist ähnlich wie der in Fig. 6 dargestellte. Der Eingangswinkel beträgt vorzugsweise etwa 30 . Das Behälterrohr wird exzentrisch in die Bohrung --13-- eingesetzt, so dass die Spitze der schrägen Stirnfläche-30-in Berührung mit der Schulter --14-- kommt und den Rohling -10-- durch die Öffnung --27a-- des Stützringes --26a-- treibt. Dadurch wird der Rohling auf das Behälterrohr gedrückt, wobei sein Vorderende zur Seite geneigt wird, wie das an Hand der fertigen Schreibspitze --32-- in Fig.8 dargestellt ist. Das Behälterrohr kann mit Vorteil in einer Hülse --35-- gehaltert sein.
Gegebenenfalls kann das Vorderende --33a-- des Behälterrohres bezüglich seines hinteren Endes-33b-einen geringeren Durchmesser aufweisen. Die Grösse des hinteren Endes --33b-kann derart sein, dass es nicht durch die Öffnung-27a-des Stützringes-26a-passen würde.
Die Fig. 9 bis 14 veranschaulichen die Stadien eines Verfahrens, durch das der Schreibspitze zwei Biegungen gegeben werden, um eine grössere Versetzung der Kugel und der Kugelfassung hervorzurufen.
Im ersten in den Fig. 9 und 10 dargestellten Stadium wird ein Druckstempel --25-- an den
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der Stirnfläche --20-- in Berührung zu kommen. Der Stützring --26c-- ist ähnlich wie die bereits beschriebenen Stützringe ausgebildet ; seine Öffnung --27c-- ist jedoch etwas kleiner als die Öffnung --27b-- des Stützringes-26--. Die Anordnung ist derart, dass, wenn der veränderte Rohling - 10b-in den Stützring gedrückt wird, die öffnung --27c-- mit dem veränderten konischen Ende des Rohlings hinter der Kugelfassung und in der Nähe der Stirnfläche --20-- in Eingriff kommt, so dass das Vorderende des Rohlings, wie bereits beschrieben, seitwärts geneigt wird.
Dadurch wird ein weiter veränderter Rohling hergestellt, welcher bei --10c-- in den Fig. 12 und 13 dargestellt ist.
Für die nächste Stufe wird nach den Fig. 13 und 14 ein Stützring --26d-- mit einer Öffnung --27d-- verwendet, dessen Durchmesser etwas geringer als der Aussendurchmesser des veränderten Rohlings --10c-- ist sowie ein Druckstempel --29c- von etwas geringerem Durchmesser als den der verringerten Bohrung-13--. Der Druckstempel weist eine schräge Stirnfläche-30-auf, um mit der Schulter --14-- in Eingriff zu kommen. Dadurch wird der Rohling --10c-- durch den Stützring-26d-gedrückt. Sein Vorderende wird in dem Bereich der Schulter --14-- zur Seite gebogen, um das in Fig. 14 dargestellte fertige Schreibende --36-- herzustellen.
Die bei den bisher beschriebenen Verfahren verwendeten Druckstempel besitzen eine schräge Stirnfläche, welche bewirkt, dass der auf den Rohling wirkende Druck eine Komponente besitzt, die ein Biegemoment auf das Vorderende des Rohlings und/oder eine Streckung auf eine Seite des Rohlings ausübt. Das ist vorteilhaft, weil der Winkel der Stirnfläche des Druckstempels den Winkel, um den der Rohling gebogen wird, bestimmt. Die schräge Stirnfläche muss nicht in einer Ebene liegen. Sie kann z. B. konvex sein. Der Fuss der Stirnfläche kann abgerundet sein. Weiter kann das erwünschte Biegemoment oder die erwünschte Streckung durch andere Formen des Druckstempelendes hervorgerufen werden.
Die Fig. 15 und 16 veranschaulichen die Verwendung eines Druckstempels --29d--, welcher so wie bei --37-- ausgeschnitten ist, so dass seine verringerte Strinfläche --38-- mit der Schulter--14-- (oder wenn erwünscht mit der Stirnfläche--20--) exzentrisch in Eingriff kommt. Der Druckstempel kann z. B. auf etwa seiner halben Querschnittsfläche ausgeschnitten sein. Ein derartiger Druckstempel
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des Druckstempels weggeschnitten ist, beeinflusst den Winkel, um den das Vorderteil des Rohlings gebogen wird.
Eine Abwinkelung des Spitzenkörpers könnte auch dadurch erzielt werden, dass man die in diesem Falle zweckmässig rechtwinkelig zur Achse des Druckstempels angeordnete Stirnfläche des Druckstempels gegen eine entsprechend schräg ausgebildete innere Schulterfläche des Rohlings wirken lässt.
Bei den bisher beschriebenen Verfahren kommt der Stützring anfänglich mit dem Ende des Rohlings an einer Stelle in Eingriff, die etwas näher an der Kugel liegt als die Stelle, an der der Druckstempel die innere Stirnfläche des Rohlings berührt. Der Bereich des Angriffes des Druckstempels und der Abstützung (d. h. des Angriffes des Stützringes) ist dabei anfänglich in einer Entfernung von der Mitte der Schreibkugel vorgesehen, die wenigstens dem einfachen, vorzugsweise wenigstens dem dreifachen Durchmesser der Schreibkugel gleicht. Wenn der Rohling durch den Stützring gedrückt wird, wandert der Berührungsbereich des Stützringes mit dem Rohling nach hinten, bis der Berührungsbereich des Druckstempels mit dem Rohling davor liegt.
Wenn dieses Stadium erreicht ist, wird eine Streckwirkung auf den Rohling ausgeübt, und es kann sein, dass, da der Druckstempel den Rohling an einer von der Mitte versetzten Stelle ergreift, eine Seite des Rohlings um einen grösseren Betrag als die andere gestreckt wird, wodurch die Neigung hervorgerufen wird, und eine Seite der Wandung des Randes dünner als die andere wird. Bei diesem Verfahren kann die Bohrung des Stützringes in der oben angegebenen Weise etwas oval sein.
Die Versetzung des Druckstempels, welche beispielsweise in den Fig. 5, 13 und 15 veranschaulicht ist, kann dadurch hervorgerufen werden, dass die Achsen des Druckstempels und des Stützringes im wesentlichen horizontal angeordnet werden und dass der Rohling auf dem Ende des Druckstempels ruht.
Bei den beschriebenen Verfahren haben sich für durch Kaltverformung hergestellte Kupferrohlinge folgende Abmessungen sehr gut bewährt : Rohlingaussendurchmesser ist 2, 6 mm, Innendurchmesser der Hülse --13-- ist 2, 2 mm und Innendurchmesser des Kanals --15-- ist 1, 4 mm.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung einer Kugelschreiberspitze, bei der die Achse der Kugelfassung im vorderen Teil des Spitzenkörpers mit der Achse des rückwärtigen Teiles (Halteteiles) des Spitzenkörpers
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Kugelfassung abgestützten, vorzugsweise bereits mit der Schreibkugel versehenen Spitzenkörper an einer gegenüber der Achse des rohrförmigen Halteteiles seitlich versetzten Stelle, u. zw. an einer Schulter im Inneren des Spitzenkörpers eine nach der Schreibkugel hin gerichtete Schubkraft ausgeübt wird, die zufolge der im Bereich der Angriffsstelle erzielten Streckung des Materials den vorderen Teil des Spitzenkörpers in die gewünschte abgewinkelte Lage bringt.
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