Kugelschreibereinsatz Die Erfindung bezieht sieh auf ein Schreibgerät. nach Art eines Kugelschreibers und bezweckt die Schaffung eines Kugel schreibers mit einem Vorratsbehälter grossen Fassungsvermögens.
Der erfindungsgemässe Kugelsehreiberein- sat.z besteht, aus einem Tintenbehälter mit einer darin befindlichen Tintenmasse, aus einer mit der Tintenmasse in Berührung be findlichen Kugel, wobei die Tintenmasse in nerhalb des Behälters auf der der Kugel ent gegengesetzten Seite eine freie Oberfläche auf weist, und aus einem gallertartigen Lauf pfropfen, der über dieser freien Oberfläche liegt und der die Seitenwände des Behälters berührt. Der Einsatz ist dadurch gekennzeich net, dass dieser Pfropfen eine Flüssigkeit ent hält, die mit der Tintenmasse unmischbar ist und in der .feinverteilte gelatinierende Teil ehen eines in der Flüssigkeit unlöslichen Fest stoffes gleichförmig dispergiert sind.
Bei Kugelschreibern sind Behälter grossen Fassungsvermögens erwünscht, um die Ge brauchsdauer zu verlängern. Kapillara.rtige Behälter sind unbefriedigend, da sie nach ver hältnismässig kurzer Zeit ausgeschrieben sind.
In Schreibgeräten mit, einem Behälter grossen Fassungsvermögens für die zähflüssige Tinte muss jedoch eine Vorrichtung vorhanden sein, die eine ununterbrochene Tintenmassensäule von dem Vorratsbehälter zur Schreibkugel sichert. Luftbläschen dürfen ihren Weg nicht in den zur Kugel führenden Kanal finden, da, das Vorhandensein derartiger Bläschen eine Luftsperre um die Kugel legt, so da.ss ein weiteres Schreiben nicht möglich ist, selbst wenn der in dein Behälter befindliche Tinten vorrat noch nicht erschöpft ist. Es musste daher ein Aufbau geschaffen werden, in dem es für die Luft nicht möglich ist, einen Weg in die Tintenmasse zu finden.
Zu diesem Zwecke sind bereits leicht zusammenfaltbare Beutel verwendet worden, die die Tintenmasse umgeben. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, feste Laufpfropfen in dem Tinten behälter zu verwenden, um das Zurückfliessen der Tintenmasse, bei dem ,ein Einfangen von Luftbläschen möglich ist, zu verhüten. Aus verschiedenen Gründen sind jedoch feste Laufpfropfen bisher nicht zufriedenstellend gewesen. Es sind in letzter Zeit auch Lauf pfropfen aus weichem Kunststoff vorgeschla gen worden, die leicht nachgiebig sind und sich den Seitenwänden des Behälters anpas sen.
Hierbei liegt der Laufpfropfen über der obern Oberfläche der Tintenmasse, befindet sich in Berührung mit dieser Tintenmasse und ist so ausgeführt, da.ss er der Tintenmasse bei deren Absaugen während des Schreibens nach unten folgt. Das Material dieser be kannten Laufpfropfen hat'weiche Konsistenz, so dass es sich an die Seitenwände des Be hälters anlegt.
Laufpfropfen dieser Art haben den Vorteil, dass sie stets die rück- liegende Fläche der Tinte bedecken und eine Verdampfung der flüchtigen Bestandteile verhüten, und dass sie auch die Tinte gegen ein Zurückfliessen sichern, wenn das Schreib gerät mit der Spitze nach oben gehalten wird, wodurch auf diese 'Weise das Einfangen von Luftbläschen in den Tintenbehälter oder das Durchsickern durch die üblicherweise vor handene rückwärtige Entlüftungsöffnung verhütet wird.
Mit der Erfindung soll ein Kugelschrei bereinsatz geschaffen werden, der einen ver besserten Laufpfropfen für den Tint.env or- ratsbehälter hat, wobei dieser Laufpfropfen Eigenschaften aufweist, die seine Verwen dung für die im Handel erhältlichen Kugel sehreibereinsätze besonders geeignet macht.
Ferner soll mit der Erfindung ein für einen Kugelschreibereinsatz bestimmter Lauf pfropfen geschaffen werden, der die Tinte in dem vordern Abschnitt des Schreibgerätes zurückhält und der ein Zurücklaufen der Tinte nach hinten verhindert, selbst wenn das Schreibgerät bei verhältnismässig hoher Temperatur verwendet oder mit der Kugel nach oben gehalten wird.
Ferner zielt die Erfindung auf einen Ku- gelschreibereinsatz, der leicht und billig hergestellt werden kann.
Mit der Erfindung soll ferner ein Lauf pfropfen geschaffen werden, der leicht und bereitwillig der Oberfläche der Tinte im Tin tenbehälter folgt, wenn die Tinte während des Schreibens ausfliesst, und zwar auch dann, wenn verschiedene Änderungen oder Unvoll- kommenheiten im Querschnitt des Behälters über dessen Gesamtlänge vorhanden sind.
Schliesslich soll mit. der Erfindung ein Kugelschreibereinsatz geschaffen werden, der den bestehenden Kugelschreibern leicht an gepasst werden kann.
'Wie andere Kugelschreiberpatronen, be steht der Kugelschreihereinsatz zur Haupt- saehe aus einem Tintenbehälter, aus einer in dem Behälter befindlichen Tintenmasse und aus einer mit der Tinte in Berührung befind lichen Sehreibkugel. Es befindet sich jetzt aber ein gallertartiger Laufpfropfen über derjenigen Fläche der Tintenmasse, die der Kugel gegenüberliegt, und dieser Pfropfen liegt ausserdem an den Seitenwänden des Be hälters gleitbar, aber dicht abschliessend an.
Der Laufpfropfen besteht aus einer gallert artigen Masse, die sich der Form der Seiten wände des Behälters leicht anpasst, wenn die Tinte von der Sehreibkugel aus dem Behälter herausgesaugt wird, weist. aber eine so hohe Konsistenz oder einen so hohen Widerstand gegen Formänderung auf, dass der Pfropfen die Tinte an ihrer Stelle hält, selbst- wenn der Behälter fallengelassen oder mit seiner Kugel nach oben gehalten wird.
Erfindungs gemäss ist das Pfropfenma.terial eine weiche, gelartige Masse, die mit der in dem Behäl ter befindlichen Tinte unmischbar ist und aus einer Flüssigkeit besteht, in der feinverteilte, gelatinierende Teilchen eines in der Flüssig keit unlöslichen Feststoffes gleichförmig dispergiert sind.
Dieser Pfropfen ist ein Gel, das die Eigenschaft einer nicht Newtonischen (konsistenten, nicht reinviskos fliessenden) Flüssigkeit hat, die zwar unter bestimmten, eine unterste Fliessgrenze übersehreitenden Spannungszuständen fliessen kann, die jedoch unter ihrem eigenen Gewieht nicht frei fliesst, wenn sie sich in dem Behälter befindet.
In folge der Kohäsionskräfte, die zwischen dem Pfropfenmaterial und der Oberfläche der Tinte sowie den Seitenwänden des Behälters vorhanden sind, passt sich das Material stets dem Durchmesser des Behälters bereitwillig an, selbst wenn der Behälter auf seiner Län genabmessung verschiedene Abweiehungen hat. Die flüssige Grundlage des Pfropfen- materia.ls ist natürlich eine echte Flüssigkeit, die jedoch mittels der festen Teilchen gela tiniert ist, wodurch die gewünschten Gel eigenschaften erzeugt. werden.
Durch Verwendung eines Laufpfropfens dieser Art wird ein Kugelschreibereinsatz ge schaffen, dessen Behälter ein grosses Tinten fassungsvermögen aufweist. Der Laufpfropfen ist. besonders geeignet. zur Verwendung bei einem rohrförmigen Behälter, der weiter ist als die üblichen Kapillarröhrehen, die bisher für Tintenbehälter verwendet wurden. Bei der praktischen Durchführung ist der Durch messer des Behälters im allgemeinen grösser als 2,5 mm. Geeignete Durchmesser sind 6 und 8 mm.
Bei diesen Behältern hohen Fassungs vermögens und grossen Durchmessers ist. der erfindungsgemässe Laufpfropfen besonders gut verwendbar, weil er infolge seiner gallert artigen Beschaffenheit die Oberfläche der Tinte gegen schädliche atmosphärische Ein flüsse schützt und auch verhütet, da,ss die Tinte bei der Umkehrung des Schreibgerätes nach hinten in den Behälter fliesst.
Die in Einsätzen dieser Art für gewöhn lich verwendeten Schreibtinten haben eine verhältnismässig hohe Viskosität. Die schnell trocknenden Schreibtinten enthalten für ge wöhnlich eine Alkoholgrundlage, die bei ge wöhnlichen Temperaturen und Drücken etwas flüehtig ist. Der erfindungsgemässe Lauf pfropfen bedeckt die freiliegende Oberfläche der in dem Behälter vorhandenen Tinte, um ein Verdampfen der Tinte zu verhüten.
Wie bereits erwähnt, ist der erfindungs gemässe Laufpfropfen besonders gut. verwend bar, weil er seine -.eichen gelartigen Eigen schaften selbst. bei Temperaturen unter Null Grad C beibehält, so dass der Kugelschreiber auch bei tiefen Temperaturen verwendet wer den kann, und weil ferner das Pfropfenmate- rial bei verhältnismässig hohen Temperaturen, denen der Kugelschreiber ausgesetzt. wird, seine Konsistenz behält. Beispielsweise kön nen Kugelschreiber Temperaturen von 65 C im Schaufenster oder Schaukästen ausgesetzt werden.
In der ASTM-Vorsehrift D-217-52 T gibt die American Society for Testing Ma terials ein Verfahren an, um die Konsistenz des Laufpfropfenmaterials zu messen. Die Messeinheit dieses Verfahrens ist. bekannt als Durchdringungsindex . Das erfindungsge mässe Laufpfropfenmaterial hat vorzugsweise einen Durchdringungsindex zwischen 200 und 400, wenn nach einem 48 Stunden bei 25 C dauernden ruhigen Stehen gemessen wird.
Der Laufpfropfen wird aus einer im wesentlichen nichtflüchtigen Flüssigkeit her gestellt, die vorzugsweise eine Viskosität ent sprechend einem Wert hat, der weniger als 450 Sekunden bei 38 C auf einem Saybolt- messer gemessen beträgt. Zur Herstellung des gallertartigen Materials wird eine Flüs sigkeit dieser Art. mit .einem gelatinierenden Mittel gründlich gemischt, das aus sehr fein verteilten Teilchen eines Feststoffes besteht, der in der flüssigen Grundlage unlöslich ist und der ebenso in den Bestandteilen der Tinte vorzugsweise unlöslich ist. Das feste gelati- nierende Mittel kann irgendein sehr fein unterteiltes oder gepulvertes Material sein.
Materialien, die besonders brauchbar befun den worden sind, sind anorganische SiliziLtui- verbindungen, beispielsweise sehr fein gepul- verte Kieselerde, natürliche Tone, künstliche Tone oder dergleichen, etwa Tone, die mit einem organischen Stoff behandelt wurden. Die Teilchengrösse des Feststoffes soll kleiner als ein Mikron, vorzugsweise aber kleiner als ein Zehntelmikron sein, wobei die Grösse von der Porosität der einzelnen Teilchen, wie be kannt, abhängen kann.
Anorganische Silizium verbindungen werden bevorzugt., da sie in der flüssigen Grundlage leicht. dispergierbar sind und das gewünschte Gel bilden. Die Menge des in der Flüssigkeit vorhandenen Gelmittels kann schwanken und hängt von der gewünschten Konsistenz, der Viskosität oder Leichtflüssigkeit der flüssigen Grund lage, der Dispersionsgrösse der Teilchen in der Grundlage und den Eigenschaften der Teilchen selbst. ab.
Allgemein gesprochen sind jedoch etwa 5 bis 20 Gew.o/o an Fest stoffen, vorzugsweise 7 bis 15 Gew: /o" zur Herstellung eines erfindungsgemässen Lauf pfropfens vorteilhaft.
Die Erfindung wird noch deutlicher ver ständlich anhand der Zeichnung, in der ein Schnitt eines erfindungsgemässen Kugelschrei- bereinsa.tzes dargestellt ist. Dieser Einsatz be steht aus einem Behälter 2 mit einer darin befindlichen Tintenmasse 4. Der Behälter 2 kann aus Metall, beispielsweise Messing oder Aluminium, bestehen oder kann aus einem durchsichtigen Material, beispielsweise aus einem Kunststoff, der für Tinte und den Pfropfen inert ist, wie Nylon, bestehen. Über der Oberfläche 6 der Tintenmasse liegt, ein Laufpfropfen 8, der aus einer gallertartigen Dispersion einer Flüssigkeit und fester Teil chen besteht.
Das obere Ende des Einsatzes trägt. eine Verschlussscheibe 12 mit einer Ent- lüftimgsöffnung 14. Am untern Abschnitt des Behälters 2 befindet sich ein Schaft 16, dessen Tintenkanal bis zu der im vordern Ende des Einsatzes in der üblichen Weise gelagerten Kugel 18 reicht. Im vordern Ende des Behälters 2 angebrachte Vertiefungen 20 dienen zur Befestigung des Behälters am verdickten hintern Abschnitt des Schaftes 16.
Auf diese Weise ist ein Einsatz geschaf fen, der einen Behälter grossen Fassungsver mögens hat und der die Schreibtinte in Form einer ununterbrochenen Säule aufweist., die zwischen der Schreibkugel 18 und der hintern Fläche 6 verläuft. -Der aus einer weichen, gallertartigen Masse bestehende Pfropfen 8 folgt der Oberfläche nach unten, wenn Tinte beim Schreiben aus dem Behälter 2 austritt. Die Entlüftungsöffnung 14 soll verhindern, dass sich hinter dem Pfropfen 8 ein Vakuum entwickelt, das den Austritt der Tinte an der Kugel 18 unmöglich macht.
Die Scheibe 12 soll das Eindringen von Fremdstoffen ver hindern, die sich möglicherweise an die von dem Pfropfen 8 geschaffene Abdichtung an legen und diese Abdichtung zerstören.
Bei der Herstellung des beschriebenen Einsatzes wird die Tintenmasse 4 bei abge nommener Spitze 22 unter Druck in den Be hälter 2 durch den Schaft. 16 hindurch einge füllt. Dann werden Spitze 22 und Kugel 18 auf dem Schaft 16 durch beliebige gewünschte Vorrichtungen befestigt, und das Lauf pfropfenmaterial 8 wird auf die Oberfläche 6 der Tinte 4 aufgelegt. Das Schreibgerät wird dann mit nach aussen gerichtetem Kugelende 16 einer Schleuderwirkung unterworfen, so dass alle Luftbläschen die Tintenmasse in Richtung auf die Drehachse durchperlen und durch den Pfropfen 8 hindurch austreten. Das Pfropfenmaterial ist so weich, da.ss es i dieses Hindurchperlen zulässt.
Nach dem Auf setzen der Schutzscheibe 12 kann der Einsatz in einem üblichen Schreibgerät (nicht darge stellt) verwendet werden. Vorzugsweise ist. die Höhe des Pfropfens 8 in dein Behälter 2 grösser als der Durchmesser des Behälters und beträgt vorteilhaft das Eineinhalbfache des Behälterdurehmesser:s. Der Pfropfen sollte auch eine Dichte haben, die vorzugsweise kleiner, aber auf jeden Fall nicht wesentlich grösser als die Dichte der Tintenmasse 4 ist., da sieh sonst bei dem Sehleudervorgang der Pfropfen zum vordern Ende des Behälters verschiebt.
Der beschriebene Aufbau ist als auswech selbarer Einsatz zur Verwendung bei belie bigen Schreibgeräten dargestellt, doch kann er auch so ausgebildet sein, dass er selbst wie ein Kug-elsehreiber verwendbar ist.
Eine geeignete Tinte auf Alkoholbasis hat. folgende Zusammensetzung in Gewichtsteilen Triä.thyleng-lycol 100 Beta-Naphthol 30 Azosolsehwarz MA 12 Azosolbrilla.ntblali B 80 Es können auch andere (TIycole, beispiels weise Diäthy lenglycol, Propylenglycol und andere Alkohole und polare Lösungsmittel zum Teil oder völlig das Triäthylenglycol er setzen. Das Beta-Na.phthol löst die Farb stoffe etwas.
Die Azofarbstoffe, die von der General Dyestuffs Corporation hergestellt werden, sind übliche Tintenfarbstoffe. Ge- wünsehtenfalls kann ein Reinigungsmittel der Tinte zugesetzt werden, um die. Farbstoffe besser in Lösung zu halten und eine glattere Schreibwirkung an der Kugel zu geben.
Ein bestimmtes Beispiel eines Lauf pfropfenmaterials gemäss der Erfindung ist folgendes: 10 Gewichtsteile einer kolloidalen Tonerde (Santoeel ARD, hergestellt von der Monsanto Chemical Company), bestehen aus Tonerdepartikeln, die 90"/ & S'02 enthalten, wird in 100 Gewichtsteilen eines hellen raffi nierten weissen Mineralöls ( @Tujol , eingetra gene Marke) dispergiert. Nachdem diese Teil chen in das öl gründlich eingerührt sind,
wird (las Gemisch der Einwirkung einer Ku- gelm"hl:e, Walzenmühle oder Kolloidmühle unterworfen, um die kolloidalen Teilchen gründlich in dem öl ni verteilen und den ge- wünschten Gelaufbau zu erreichen.
Dieses Material, das einen ASTM-Durchdringungs- indei von etwa 320 5 bei 25 C nach ruhigem Stehen während 48 Stunden hat., wird auf die hintere Fläche der in einer Kugelsehrei- bereinsatzhülse befindlichen Tinte in der er wähnten Weise aufgebracht. Der entstehende Einsatz ist in jeder Hinsicht befriedigend, wobei der Pfropfen leicht der Tinte während des Schreibens folgt und die Tinte am Zu rückfliessen beim Umkehren des Schreib gerätes selbst bei Temperaturen über 65 C verhindert.
Es können auch andere feinverteilte Fest stoffe, die in der flüssigen Grundlage leicht dispergierbar sind, als gelatinierende Mittel verwendet werden, wie dies auf diesem Ge biete bekannt ist. Beispielsweise kann als pu.lveilörmiges Material mit einem organi- when Stoff, etwa einer organischen Ammo- niumverbindung behandelter Ton ( Bentone 3.1,
eingetragene Marke hergestellt von der National Lead Compa.ny) verwendet, werden, der aus einer aminbehandelten Montmorri- lonit-Tonerde besteht, verwendet werden, da dieses Material ein Gel ergibt, dessen Kon sistenz für Verwendung bei der Erfindung geeignet ist. Die Zahl der in dem Gemisch ausführbaren Änderungen ist. sehr gross. Die gewünschte Konsistenz des Gemisches wird durch Änderung der Menge und der Art. des kolloidalen Materials und durch Verwendung von Ölen verschiedener Viskositäten erhal ten.
Besteht die Tintengrundlage aus einer polaren Verbindung, dann ist die Ölgrundlage des Laufpfropfenmaterials vorzugsweise eine nichtpolare Verbindung, z. B. ein Mineralöl. Das verwendete Mineralöl soll frei von reini genden Zusätzen sein, da. bestimmte dieser Zusätze die Geleigenschaften des Öls beim Zusatz der Festteilchen nachteilig beeinflus sen.
Die Beschaffenheit der Laufpfropfen materials ist derart, da.ss der Laufpfropfen leicht der Oberfläche der Tinte bei deren Abwärtsbewegen im Behälter während des Schreibens folgt, und dass es eine höhere Grenzfläehenspannung gegenüber dem Mate- rial, aus dem die Wände des Behälters her gestellt sind, als die Tinte hat, so dass die Behälterwände benetzt und von Tinte sauber gewischt werden, wenn sich der Pfropfen im Behälter nach unten verschiebt.
Das Lauf pfropfenmaterial ist für die Tintenbestand teile inert und undurchlässig, obwohl ein kleines Absondern oder Einsickern der Tin tenfarbstoffe in den Laufpfropfen bei län gerem Stehen beobachtet werden kann. Dieses Einsickern ist jedoch nicht nachteilig. Wer den Tinten auf Alkoholbasis verwendet, so ist das Laufpfropfenmaterial üblicherweise ein hydrophobes Gel.
Gele der beschriebenen Art haben eine Neigung, ihre Konsistenz zu behalten, selbst wenn sie auf die Zersetzungstemperatur der flüssigen Grundlage erwärmt sind. Diese Konsistenz kann ziemlich gleichmässig über einen grossen Temperaturbereich aufrecht- erhalten werden, so dass der Pfropfen der Tintenfläche leicht folgt und sich allen Un regelmässigkeiten in den Seitenwandungen des Behälters a.npasst. Gleichzeitig verhütet der Pfropfen aber das Ausfliessen der Tinte aus dem Behälter beim Umkehren des Schreib gerätes.
Gewisse gewünschte Eigenschaften, die dem erfindungsgemäss verwendeten Laufpfropfen material innewohnen, beruhen auf der Eigen schaft der Gele, die als Synerese bezeichnet wird, das heisst. einer gewissen Neigung, sich selbst. auf das kleinstmögliche Volumen zu sammenzuziehen und auf diese Weise einen Teil ihrer flüssigen Phase auszusondern.
Ein Pfropfen des hier beschriebenen Laufpfrop- fenmaterials, der sich in dem Schreibgerät befindet, hat also immer die Neigung, eine kleine Menge der flüssigen Grundlage oder des Öls auszuscheiden, so dass ein Film um die - gesamte Fläche des Pfropfens gebildet wird.
Das Öl dient bei ziemlich niedriger Viskosität als Schmiermittel, das die Ab- wärtsbewegung des Pfropfens beim Absau gen der Tinte aus der Spitze des Kugelschrei bers begünstigt. Aus diesem Grunde wird vor zugsweise Öl einer Viskosität entsprechend einem Wert verwendet, der kleiner als 450 Se- kunden bei 38 C, gemessen auf einem Saybolt- viskositätsinesser, ist.
Die Synerese des hier beschriebenen Gels ist so schnell, dass der Pfropfen ausreichend geschmiert. und auf keinen Fall der richtige Abfluss der Tinte aus dem Kugelschreiber während des Schreibens gehindert. wird. Anderseits ist die Sy-nerese nicht so schnell, dass das Laufpfropfenmate- rial schädliche Mengen des Öls abgibt, wo durch das Schreibgerät unsauber oder seine Verwendungsdauer herabgesetzt würde.
Es ist zwar eine besondere Ausführungs form der Erfindung dargestellt und beschrie ben, doch ist die Erfindung nicht. auf diese Ausführung begrenzt, da viele Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Be reich der Erfindung zu verlassen.