DE1258301B - Zur Verteilung einer Fluessigkeit dienender Behaelter, insbesondere fuer Kugelschreiber - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B 43k

Deutsche Kl.: 70 b-5/20

Nummer: 1 258 301

Aktenzeichen: J 17650 VII b/70 b

Anmeldetag: 5. Februar 1960

Auslegetag: 4. Januar 1968

Die Erfindung betrifft einen zur Verteilung einer Flüssigkeit dienenden, am rückseitigen Ende unter atmosphärischem Druck stehenden Behälter, insbesondere Schreibmittelbehälter für Kugelschreiber, mit einem am rückseitigen Ende der Flüssigkeitssäule mit leichtem Gleitsitz in einer vorzugsweise zylindrischen Bohrung von nicht kapillarer Weite verschiebbaren, in die Flüssigkeit ganz oder teilweise eintauchenden Nachfolgekolben, bei welchem der zwischen Nachfolgekolben und Bohrung vorhandene Ringspalt mit einer dichtenden Flüssigkeit gefüllt ist, die einen konkaven Meniskus im Spalt bildet, und Mittel vorgesehen sind, um auf den Nachfolgekolben eine der Eintauchrichtung entgegengesetzte Kraft auszuüben.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar bei Behältern von Schreibgeräten, wie z. B. Füllhaltern, insbesondere Kugelschreibern. Sie ist jedoch auch anwendbar bei Verteilungs- oder Auftraggeräten (besonders solchen mit einer Kugelspitze oder einem Kugelventil an der Austrittsseite), wie sie zum Verteilen oder Aufbringen von Desinfektionsmitteln, Parfüms und anderen kosmetischen Mitteln benutzt werden.

Insbesondere ist die Erfindung zur Verwendung bei Behältern von Kugelschreibern bestimmt, da die as Schwierigkeiten, welche die Erfindung zu überwinden sucht, hauptsächlich bei Kugelschreibern aufgetreten sind.

Diese Schwierigkeiten bestanden darin, daß es bisher trotz aller Bemühungen nicht gelang, bei Behältern der erwähnten Art das Lecken der Tinte durch den Schlitz zwischen Nachfolgekörper und Hohlraumwand unter allen Benutzungsbedingungen des Geräts zu vermeiden. Dies gelang auch dann nicht, wenn das Raumgewicht des Nachfolgekörpers, einem früheren Vorschlag gemäß, dem spezifischen Gewicht der Tinte angeglichen wurde, wodurch eine Bewegung des Körpers in der Tinte unter dem Einfluß der Schwerkraft ausgeschaltet werden konnte. Die Gründe für das Versagen dieser Nachfolgekörper wurden nicht erkannt, und man behalf sich daher mit hinter diesen Körpern angeordneten Tintenfallen und ähnlichen Hilfsmitteln, um das Austreten der Tinte aus dem Gerät selbst zu vermeiden. Damit wurde aber das Gerät kompliziert, teuer und für Massenfertigung wenig geeignet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Schwierigkeiten zu beseitigen.

Es hat sich gezeigt, daß das Lecken des Nachfolgekörpers auf Kräften beruht, die durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit hervorgerufen werden. Dies geht aus folgenden Überlegungen hervor.

Zur Verteilung einer Flüssigkeit dienender
Behälter, insbesondere für Kugelschreiber

Anmelder:

I. R. C. Limited, London

Vertreter:

Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,

8000 München 2, Kaufinger Str. 8

Als Erfinder benannt:

Hans Reinhard Fehling, Zug (Schweiz);

Edward Henry Harvey, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 6. Februar 1959 (4202)

Bei einem Behälter der erwähnten Art taucht der Nachfolgekolben an einem Ende in die Flüssigkeit ein, während sein anderes Ende, das gewöhnlich dem atmosphärischen Druck ausgesetzt ist, aus der Flüssigkeit heraussteht, so daß sich an diesem Ende ein kleiner Meniskus an der Oberfläche des dünnen Flüssigkeitsmantels, welcher den Spalt zwischen der Außenfläche des Nachfolgekolbens und der Innenwand des Behälters erfüllt, bildet.

"Wenn dieser Meniskus konkav ist, erzeugen die auftretenden Kapillarkräfte einen Unterdruck (kleiner als atmosphärischer Druck) in diesem Flüssigkeitsmantel. Daraus ergibt sich ein Druckunterschied zwischen den beiden Stirnflächen des Nachfolgekolbens, der, selbst wenn dieser dieselbe mittlere Dichte (scheinbares spezifisches Gewicht) hat wie die Flüssigkeit, den Nachfolgekolben in die Flüssigkeit zu drucken sucht.

Sofern dieser Druck nicht durch eine Gegenkraft ausgeglichen wird, z.B. wenn das Schreibgerät auf seiner Seite liegt, wird der Nachfolgekolben sich in die Flüssigkeit hineinbewegen und diese durch den erwähnten Ringspalt herausdrücken. Dieser Vorgang wird andauern, bis der konkave Meniskus seine Gestalt in der Weise ändert, daß die auftretenden Kapillarkräfte den hydrostatischen Druck in dem Behälter nicht mehr herabsetzen, d. h. wenn die Druckdifferenz zwischen beiden Enden des Nachfolgekolbens praktisch verschwunden ist. Der kapillare Druck

709 717/170

3 4

kann nur abnehmen, wenn der Halbmesser des wirken können. Dieser Anschlag kann in bezug auf Meniskus zunimmt, d. h., wenn ein kräftiger, beständi- den Behälter festgelegt sein, oder er kann, wie im ger Meniskus in einen schwachen und gewöhnlich un- folgenden beschrieben, entlang dem Behälter zusamstabilen Meniskus übergeht, der leicht konkav oder men mit dem Nachfolgekolben verschiebbar sein, konvex sein kann. Wenn dies eintritt, besteht die Ge- 5 wenn die Flüssigkeit verbraucht oder verteilt wird, fahr, daß Flüssigkeit am rückseitigen Ende des Be- Die konstruktive Durchführung dieser Mittel und

hälters heraussickert, besonders wenn dort schon ein Vorkehrungen werden im folgenden an Hand von Flüssigkeitsfilm an der Behälterwand hinter dem Beispielen erläutert. Bei ihrer Erprobung hat sich Nachfolgekolben vorhanden ist, was der Fall sein gezeigt, daß bei einer sachgemäßen Anwendung der kann, wenn der Flüssigkeitsspiegel durch Abgabe von io Erfindung ein Aussickern von Tinte am Nachfolge-Flüssigkeit sich gesenkt hat. kolben vollkommen vermieden wird. Darüber hinaus

Es gibt noch eine weitere und zusätzliche Ursache besteht der technische Fortschritt darin, daß solche für die Gefahr des Aussickerns von Flüssigkeit. Wenn Nachfolgekolben selbst bei Geräten mit Behältern der Behälter auf der Seite liegt, ist der Flüssigkeits- bis zu 10 cm Durchmesser benutzt werden können, mantel zwischen dem Umfang des Nachfolgekolbens 15 was bisher ganz ausgeschlossen war. und der Behälterwand im unteren Teil am Umfang Fernerhin bietet die Erfindung erweiterte Möglich-

des Nachfolgekolbens einem positiven hydrostati- keiten in der Wahl des für den Nachfolgekolben am sehen Druck ausgesetzt, dessen Größe proportional besten geeigneten Materials und seiner aus Fertiist zu dem Durchmesser (oder einer entsprechenden gungsgründen am besten geeigneten Form. Dies war Abmessung) des Behälters. In diesem unteren Teil 20 bisher nicht der Fall, weil zur Ausschaltung von des Umfangs des Nachfolgekolbens kann daher Flüs- Schwerkräften besonders leichte Kolben verwendet sigkeit aussickern, sofern nicht der hydrostatische werden mußten.

Druck an jedem Punkt der ringförmigen Oberfläche Schließlich lassen sich die erfindungsgemäßen Mit-

der Flüssigkeit ausgeglichen wird durch den örtlichen tel und Vorkehrungen auch verwenden, um den Kapillardruck, der von dem örtlichen Krümmungs- 35 hydrostatischen Druck an der Schreibspitze (oder am halbmesser der Flüssigkeitsoberfläche abhängt. entsprechenden Verteilerorgan) durch die über sie

In dieser Beschreibung wird der Ausdruck »kräf- (oder dem Verteilerorgan) liegende Flüssigkeitssäule tiger Meniskus« zur Kennzeichnung eines Meniskus des Behälters zu vermindern. Dies ist z. B. besonders verwendet, welcher sehr stabil ist, also nicht eines wichtig bei Schreibspitzen, die in der Ruhelage unter solchen, bei welchem die Oberflächenspannung be- 30 dem Einfluß einer zu hohen Flüssigkeitssäule lecken sonders hoch ist, da die Oberflächenspannung kon- würden. Dies ist allgemein wichtig bei Flüssigkeiten stant und von der Krümmung unabhängig ist. geringer Viskosität, z. B. dünnflüssigen Tinten.

Die wichtigste Eigenschaft, welche zur Stabilität Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an

führt, ist ein kleiner Krümmungshalbmesser, da ein Hand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung derartiger Meniskus praktisch seine Gestalt bei ver- 35 zeigen
schiedenen Lagen des Gerätes nicht ändern wird. F i g. 1 bis 7 Längsschnitte durch verschiedene

Zur Vermeidung der geschilderten Schwierigkeiten Ausführungsformen von Kugelschreibern, die gemäß wird ein Behälter der erwähnten Art erfindungsge- der Erfindung ausgebildet sind, maß in der Weise ausgebildet, daß einerseits das Mit- F i g. 8 einen Längsschnitt durch einen Nachfolge-

tel zur Ausübung der auf den Nachfolgekolben wir- 40 kolben gemäß F i g. 7, jedoch in größerem Maßstab, kenden Kraft sich an einer in axialer Richtung vom F i g. 9 einen Längsschnitt durch das Ende des Be-

Nachfolgekolben entfernten Stelle im Behälter ab- hälters nach F i g. 1, jedoch in größerem Maßstab, stützt und in allen Lagen des Behälters einschließlich Fig. 10 einen Flüssigkeitsverteiler gemäß der Erder horizontalen wirksam ist, und andererseits die findung.

ausgeübte Kraft so bemessen ist, daß sie in allen 45 Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen von Lagen des Behälters alle anderen Kräfte, welche auf Schreibgeräten ist ein Tintenbehälter 10 vorgesehen, den Nachfolgekolben wirken und ihn zum völligen welcher aus durchsichtigem Material bestehen kann Eintauchen in die Flüssigkeit bringen könnten, aus- und in dem Schreibende 11 endigt, in welchem eine gleicht, ohne in der Lage zu sein, ihn völlig aus der Schreibkugel 12 drehbar in einer Fassung gelagert Flüssigkeit herauszudrücken. 50 ist. Der Kugel wird Tinte 18 aus dem Inneren des

Es gibt zwei Hauptmittel, durch welche eine der- Behälters 10 über einen Zuführungskanal 13 zugeartige Kraft ausgeübt werden kann, nämlich durch führt. Der Innenraum des Behälters 10 hat einen ein elastisches Medium oder durch eine Dauer- kreisförmigen Querschnitt, obwohl dies nicht notmagnetanordnung. Das elastische Medium kann eine wendig der Fall zu sein braucht, und seine Innen-Feder oder ein gasförmiges Medium unter negativem 55 wand ist glatt. Der Behälter ist größer als die kapil- oder positivem Druck sein, welches aus einem ge- . lare Weite und hat z. B. einen Innendurchmesser von schlossenen Luft- oder Gasraum bestehen kann. Die etwa 5 mm.

Feder kann eine Druck- oder Zugfeder und aus Das rückseitige Ende 14 des Behälters ist zur

irgendeinem geeigneten Material, wie z.B. einem Atmosphäre offen, und zwar entweder wie in F i g. 1 Metall oder einem Plastikstoff, gefertigt sein. Die 60 und 5 bis 7 gezeigt, oder indem es durch einen Stop-Dauermagnetanordnung kann so ausgebildet sein, fen 19 (vgl. Fig. 2) oder 19a (vgl. Fig. 3 und 4) daß gleiche oder ungleiche Pole von zwei getrennten verschlossen ist, der eine Belüftungsöffnung 31 aufMagneten sich abstoßen bzw. anziehen oder daß der weist. Um den Austritt der Tinte zu verhindern, ist eine oder andere Pol "eines Magnets irgendein ande- ein kolbenartiger Nachfolgekolben 15,15 a, 15 b oder res Teil eines magnetisch anziehenden Materials, wie 65 15 c von glatter, zylindrischer Form vorgesehen, welz. B. Weicheisen, anzieht. eher mit verhältnismäßig engem Gleitsitz in dem Be-

Die Ausübung der Kraft durch elastische Mittel hälter beweglich ist, so daß, wenn die Tinte beim erfordert einen Anschlag, gegen welchen diese Mittel Schreiben verbraucht wird und der Tinteninhalt des

Behälters abnimmt, der Nachfolgekolben sich in Richtung auf das Schreibende 11 bewegt. Zur Verdeutlichung ist der schmale Spalt, welcher zwischen dem Außenumfang des Nachfolgekolbens und der umgebenden Innenfläche der Behälterwand verbleibt, übertrieben dargestellt, um zu zeigen, daß dieser Spalt von einem dünnen Flüssigkeitsmantel (Tinte oder eine Sperrflüssigkeit) ausgefüllt ist, der an oder nahe an dem äußeren Ende des Nachfolgekolbens in einem kräftigen konkaven Ringmeniskus 16 endigt. Eine Sperrflüssigkeit kann zum Ausfüllen des Ring-Spaltes insbesondere dann verwendet werden, wenn die Tinte selbst eine schnelltrocknende Tinte ist.

In allen dargestellten Ausführungsbeispielen sind Vorkehrungen getroffen, um auf den Nachfolgekolben eine Kraft in einer Richtung auszuüben, welche ihn aus der Tinte herauszudrücken sucht. Diese Kraft gleicht die Wirkung des Kapillardrackes (Unterdruckes) aus, welcher auf das eingetauchte Ende des Nachfolgekörpers einwirkt und diesen in die Tinte hineinzuziehen sucht.

Diese Kraft darf nicht so groß sein, daß sie die erwähnten Kapillarkräfte überwindet und dadurch den Nachfolgekörper völlig aus der Flüssigkeit, in welche er eintaucht, hinausdrängt. Bei der Festlegung der höchstzulässigen Kraft sollte auch die Querver-Schiebung des Nachfolgekörpers berücksichtigt werden. Der ungünstigste Fall tritt dann ein, wenn das rückseitige Ende des Nachfolgekörpers die Innenwand des Behälters an einer Seite berührt, wodurch an der anderen Seite des Behälters ein maximaler Spalt gebildet wird. Der kräftigste Meniskus in diesem Spalt hat einen Krümmungsradius, welcher gleich ist der Hälfte des Unterschiedes der Durchmesser von Behälter und Nachfolgekörper. Daher darf die höchstzulässige Kraft die maximalen Kapillarkräfte in bezug auf diesen maximalen Spalt nicht überschreiten. Falls die Kraft von einer Feder erzeugt wird, muß die Federkonstante möglichst klein sein, damit der höchstzulässige Schub nicht überschritten wird, wenn der Behälter sich dem Zustand der völligen Entleerung nähert.

Andererseits muß die Kraft der Feder oder einer anderen Einrichtung einen Kleinstwert haben. Wenn sie ungenügend ist, wird der Meniskus 16 nicht kräftig genug, um den hydrostatischen Druck der Tinte auszuhalten, welcher auftritt, wenn der Behälter auf der Seite liegt.

Im allgemeinen wird es wünschenswert sein, eine Feder oder eine andere Einrichtung so zu wählen, daß ihre Charakteristiken näher an dem Kleinstwert liegen, um das Ausmaß zu begrenzen, auf welches der Druck in dem Behälter unterhalb des atmosphärischen Druckes herabgesetzt wird.

Die oben erläuterten Grundgedanken können bei der Ausbildung von Behältern gemäß der Erfindung Anwendung finden, indem man die folgenden Formein zur Berechnung der zulässigen maximalen und minimalen Druckdifferenzen an dem von der Tinte rund um den Nachfolgekörper gebildeten Meniskusring benutzt:

Po der Gasdruck (in cm Wassersäule), welcher auf die rückseitige Fläche des Nachfolgekörpers einwirkt, d. h. im Fall der F i g. 1 bis 4 der atmosphärische Druck;

pt j_st der mittlere Tintendruck in dem Behälter (_{m cm} Wassersäule), welcher im Fall der F i g. 1 bis 4 kleiner als der atmosphärische Druck, jedoch im Fall der Fig. 5, 6 und 7 _etwa gleich ist dem atmosphärischen Druck,

_T die Oberflächenspannung der Tinte in Dyn/cm, ., _. , .

^{w lnre UlcmQ in} §^/ccm'

^{D der} Durchmesser des Nachfolgekörpers in cm, d der durchschnittliche radiale Spalt zwischen

Nachfolgekörper und Behälterwand in cm,
g die Gravitationskonstante (981 cm/sec/sec).

(Po — Pi)max =

gd

— w (D + 2 d),
2 '

(Po — Pi)mtn = -y w (D + 2 d),
hierbei ist

Die Kräfte, welche auf den Nachfolgekörper wir-

ken und den oben angegebenen Drücken entsprechen, können einfach abgeleitet werden, indem man diese Drücke mit der Querschnittsfläche des Nachfolgekörpers multipliziert. Die Kraft der Feder oder eines gleichwirkenden Mittels soll daher innerhalb der Grenzen der in dieser Weise berechneten maximalen und minimalen Kräfte bleiben.

Aus dem Vorhergehenden folgt ferner, daß die Differenz zwischen den maximalen und minimalen zulässigen Kräften kleiner wird, wenn der Durchmesser des Behälters zunimmt. Die absolute Grenze ergibt sich aus

j·
D_max = —-——,

^w'^{8 mi}"

(wobei d_min der kleinste praktisch ausführbare Wert von d ist) und liegt gegenwärtig in der Größenordnung von 10 bis 25 cm entsprechend der Oberflächenspannung. Da jedoch ein Sicherheitsbereich berücksichtigt werden muß, liegt die gegenwärtige praktische Grenze bei etwa 5 bis 10 cm; bei Schreibgeräten wird allerdings die maximale ausführbare Weite des Behälters durch andere Überlegungen bestimmt. Als Ausführungsbeispiel werden folgende praktisch brauchbare Abmessungen angegeben:

Durchmesser des Behälters .. 5,0 mm
n„^_mo^₀, j« vr^i^i,«.

° ^™Γ ^Nachfolg^e"

„ * ? _n '^{v m}

Radialspalt 0,05 mm

Maximaler Spalt 0,1 mm

so Oberflächenspannung 30 dyn/cm

Dichte 11 g/ccm

Maximal zulässiger Differenz-

druck 5 8 cm WS

^Μ!?™^ε1εΓ erwünschter

Differenzdruck 0,55 cm WS

(entsprechend

zulassigen Mimmum).

Befriedigende Ergebnisse wurden erzielt mit einer Druckfeder, welche eine Kraft von 0,1 g (bei vollem Behälter) bis 0,2 g (bei leerem Behälter) ausübt.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung, bei welcher eine Druckfeder 17 in den Flüssigkeitsbehälter 10 einge-. setzt ist und gegen einen in dem Behälter fest angebrachten Anschlag anliegt. Brauchbare Abmessungen und Federkräfte sind oben angegeben worden.

folgekörper 15 α wird durch die ansteigende Tintensäule hochgeschoben; der Behälter ist gefüllt, wenn der Zwischenraum zwischen den beiden Magneten etwa 5 bis 6 mm erreicht.

Der Aufbau nach F i g. 4 ist grundsätzlich derselbe wie in Fig. 3, jedoch mit der Ausnahme, daß der eine Magnet ersetzt ist durch einen Weicheisenkern 22. Die Anzugskraft ist geringer als in Fig. 3, der Zwischenraum zwischen Magnet und Weicheisenkern

Der Zusammenbau des Gerätes geht wie folgt vor
sich: Der Behälter 10 wird zunächst ohne das Schreibende 11 mit dem rückseitigen Ende 14 nach oben gehalten, wobei die Feder 17 und der Nachfolgekörper
15 eingeführt werden. Durch das Gewicht des Nachfolgekörpers wird die Feder ganz oder teilweise zusammengedrückt. Hierauf wird Tinte in den Behälter
durch das offene untere Ende gepumpt, bis die gewünschte Tintenmenge eingefüllt ist, wobei der ansteigende Tintenspiegel in dem Behälter den Nach- 10 22 soll daher am Ende der Füllung etwa 2 bis 3 mm folgekörper 15 nach Art eines Kolbens hochschiebt. betragen. Der Zusammenbau geht in derselben Weise Danach wird das Schreibende an dem Behälter be- vor sich wie an Hand der F i g. 3 beschrieben, festigt. Da die Anzugskraft mit dem Quadrat des Abstan-

Fig. 2 zeigt eine Ausführung, welche ähnlich wie des zwischen den anziehenden Körpern abnimmt, diejenige in Fig. 1 ausgebildet ist, jedoch mit der 15 eignen sich die in F i g. 3 und 4 gezeigten Ausführun-Ausnahme, daß die Druckfeder ersetzt ist durch eine gen nur für Behälter von kleiner Länge.

Bei den in Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungen herrscht ein Kapillardruck (Unterdruck) durch die ganze Tintensäule, wenn der Behälter auf der Seite 20 liegt. Der Umstand, daß die Flüssigkeit in dem Behälter sich auf einem verminderten Druck befindet, kann ein gewisser Nachteil bei einem Kugelschreiber sein, welcher in der horizontalen Lage zum Schreiben benutzt werden soll, da in dem Behälter durch den

wie folgt vor sich: Die Feder 17 α wird an ihren 25 zwischen Schreibkugel und ihrer Fassung vorhande-Enden an dem Nachfolgekörper 15 bzw. an dem nen Spalt Luft eingezogen werden kann, wenn die Ku-Stopfen 19 befestigt. Die so hergestellte Anordnung gel bei horizontaler Lage des Behälters gedreht wird, wird dann in den Behälter 10 eingeführt, worauf der Die in F i g. 5, 6 und 7 gezeigten Ausführungen

Stopfen 19 im rückseitigen Behälterende fest einge- schließen diese Möglichkeit aus. Bei diesen Ausfühsetzt wird. In der aufrechten Stellung übt das Ge- 30 rangen wird ein zweiter Nachfolgekörper benutzt, wicht des Nachfolgekörpers 15 auf die Feder 17 a welcher sich in dem Behälter zusammen mit dem

Zugfeder 17 a, welche sowohl an dem Nachfolgekörper als auch an dem Stopfen 19 befestigt ist. Der Stopfen 19 ist an dem rückseitigen Ende des Behälters fest angebracht.

Die Abmessungen und Federkräfte für ein brauchbares Gerät gemäß F i g. 2 können dieselben sein wie sie für F i g. 1 angegeben wurden.

Der Zusammenbau des Gerätes nach Fig. 2 geht

einen Zug aus, so daß der Nachfolgekörper sich in Richtung auf das untere Behälterende nach abwärts bewegt. Hierauf wird der Füllvorgang wie an Hand der F i g. 1 beschrieben durchgeführt.

F i g. 3 und 4 zeigen magnetische Anordnungen, bei welchen die Kraft auf den Nachfolgekörper mit Hilfe von einem oder mehreren Dauermagneten ausgeübt wird. In diesen Fällen ändert sich die auf den

eigentlichen Nachfolgekörper frei bewegt und welcher den Anschlag bildet, an welchem sich die Mittel abstützen, die auf den eigentlichen Nachfolgekörper 35 die erforderliche Kraft ausüben. Bei den Ausführungen nach F i g. 5, 6 und 7 sind ferner Vorkehrungen getroffen, um auf die Außenfläche des in dem Spalt zwischen Nachfolgekörper und Behälterwand gebildeten Meniskus einen Gas- oder Dampfdruck auszu-

Nachfolgekörper wirkende Kraft umgekehrt zu dem 40 üben, welcher diesen Meniskus in den Spalt hinein-Quadrat des Abständes zwischen den anziehenden zudrücken sucht, aber nicht ausreicht, um den durch

Körpern. In F i g. 3 sind diese Körper zwei Magnete, die Flüssigkeit in diesem Spalt gebildeten Verschluß

welche sich mit ihren benachbarten ungleichen Polen aufzubrechen.

anziehen; der eine Magnet 20 ist in dem Nachfolge- Nach F i g. 5 ist der Nachfolgekörper 15 mit einem körper 15 a, der andere Magnet 21 in dem festen, mit 45 zweiten Nachfolgekörper 23 durch eine Zugfeder 17 & einer Belüftungsöffnung versehenen Stopfen 19 α ein- verbunden, welche die beiden Nachfolgekörper gegengebaut. Fig. 4 zeigt einen ähnlichen Magnet21, der einanderzieht. Nach Fig. 6 ist der Nachfolgekörper in dem Stopfen, 19 α eingebaut ist und eine Anzugs- 15 α mit einem Dauermagnet 20 und der zweite Nachkraft auf einen magnetisch anziehbaren Einsatz 22 folgekörper 26 mit einem Dauermagnet 21 ausgestataus Weicheisen ausübt, welcher an dem Nachfolge- 50 tet, wobei diese beiden Magnete die beiden Nachkörper 15 b angebracht ist. . " folgekörper gegeneinanderziehen. Nach Fi g. 7 wer-

Brauchbare Abmessungen für Behälter und Nach- den der Nachfolgekörper 15 c und der zweite Nachfolgekörper in Fig. 3 und 4 sind dieselben wie an folgekörper 28 durch eine »Luftfeder« 17c, welche Hand der F i g. 1 angegeben. . aus einer eingeschlossenen Luftmenge von unter-

Für eine Ausführung nach Fig. 3 können z.B. 55 atmosphärischem Druck besteht, gegeneinanderge-

Magnete mit einem Durchmesser von 3 mm und einer zogen.

Länge von 6 mm verwendet werden. Die Polstärke Bei den Ausführungen nach F i g. 5, 6 und 7 ist

solcher Magnete kann 16 Einheitspole betragen. zwischen den Nachfolgekörpern 15, 15 a bzw. 15 c

Wenn die gegenüberliegenden, sich anziehenden Pole einerseits und den zweiten Nachfolgekörpern 23 bzw.

durch einen Spalt von 5 mm getrennt sind, ergibt sich 60 26 bzw. 28 andererseits eine Luft- oder Gasmenge

eine Anzugskraft von etwa 1 g Gewicht. 25 eingeschlossen, da der zweite Nachfolgekörper

Der Zusammenbau geht wie folgt vor sich: Der eine Flüssigkeitsdichtung aufweist, welche so wirkt,

Nachfolgekörper 15 a wird in den Behälter einge- wie der den Nachfolgekörper 15 oder 15 a bzw. 15 c

führt, worauf der Stopfen 19 α am rückseitigen Ende umgebende Flüssigkeitsmantel. Da außerdem der

des Behälters fest angebracht wird. In der Lage, in 65 Druck in der Luftkammer 25 den atmosphärischen

welcher das rückseitige Ende des Behälters nach Druck um einen Betrag überschreitet, welcher genau

oben steht, wird Tinte in den Behälter durch das gleich ist dem Kapillardruck der beiden Ring-

unten liegende, vordere Ende gepumpt. Der Nach- menisken, welche die eingeschlossene Luft begrenzen,

läßt sich zeigen, daß sich die Tinte in dem Behälter auf atmosphärischem Druck befindet, wenn der Behälter auf der Seite liegt. Es ist ratsam, einen mäßigen Überschuß von Dichtungsflüssigkeit in dem rückseitigen Ende (zur Atmosphäre) der zweiten Nachfolgekörper 23, 26 bzw. 28 vorzusehen. Dies empfiehlt sich, damit der zweite Nachfolgekörper nicht von Flüssigkeit entblößt wird, falls die Behälterwand einen dünnen Film dieser Flüssigkeit zurückhält, wenn der zweite Nachfolgekörper sich in dem Behälter verschiebt. Für die Kraft, welche auf die Nachfolgekörper 15, 15 α bzw. 15 c einwirkt, gelten dieselben Grenzen wie nach F i g. 1 bis 4, indessen ändert sich nach F i g. 5 bis 7 diese Kraft nicht mit der Tintenmenge in dem Behälter. Druck und Volumen der Luftkammer 25 ändern sich jedoch mit Temperatur und Druck der Umgebung. Daher ist es wichtig, daß die mechanische Zugfeder 17 b, welche nach F i g. 5 den eigentlichen Nachfolgekörper 15 mit dem zweiten Nachfolgekörper 23 verbindet, eine kleine Federkonstante hat, so daß die Ringmenisken nicht von dem Druck der Luftkammer 25 überwunden werden, wenn dieser z. B. bei ansteigender Umgebungstemperatur ungewöhnlich ansteigt. Bei einer Ausführung, bei welcher der Behälterdurchmesser 5 mm beträgt und die Durchmesser des Nachfolgekörpers und des zweiten Nachfolgekörpers 4,9 mm betragen, kann die Zugfeder 17 b eine freie Anfangslänge von 5 mm und eine Kraftzunahme von etwa 1 g/cm haben. Die Dichtungsflüssigkeit, welche den zweiten Nachfolgekörper 23 umgibt, hat vorzugsweise etwa dieselbe Oberflächenspannung wie die Tinte.

Beim Zusammenbau wird die Zugfeder 17 b an den Nachfolgekörpern 15 und 23 fest angebracht. Der Behälter wird mit Tinte bis zu der gewünschten Höhe gefüllt, worauf das Schreibende angesetzt wird. Die durch die Zugfeder verbundenen Nachfolgekörper werden in den Behälter eingeführt, worauf der Nachfolgekörper 15 in die Tinte eintaucht. Das so vorbereitete Gerät wird sodann in eine Druckkammer mit beispielsweise zwei Atmosphären (abs.) eingesetzt und die Dichtungsflüssigkeit um den zweiten Nachfolgekörper 23 eingebracht. Das Gerät wird sodann aus der Druckkammer herausgenommen, wobei die Luft in der Kammer 25 sich auf das doppelte Volumen ausdehnt, welches sie bei zwei Atmosphären eingenommen hat. Dadurch dehnt sich die Feder 17 b von ihrer ursprünglichen Länge von 5 mm bis auf eine Länge von 10 mm, wobei sich eine Zugspannung von 0,5 g ergibt.

An Stelle einer Druckkammer kann selbstverständlich auch eine Kältekammer benutzt werden.

Nach F i g. 6 wird die Ausdehnung und Zusammenziehung der Luftkammer 25 den Abstand zwischen den Zugmagneten 20 und 21 geringfügig ändern, jedoch wird dadurch die Brauchbarkeit solcher Behälter praktisch nicht beeinträchtigt. Geeignete Abmessungen für den Behälter und für die Nachfolgekörper 15 a und 26 sind an Hand der F i g. 5, geeignete Größen für die Magnete 20, 21 an Hand der F i g. 3 angegeben worden.

Beim Zusammenbau wird der Nachfolgekörper 15 a in den Behälter eingeführt, worauf dieser mit Tinte gefüllt und das Schreibende aufgesetzt wird. Der zweite Nachfolgekörper 26 wird dann teilweise in das rückseitige Ende des Behälters eingeschoben, und an seinem Umfang wird in dem Ringspalt 24 die Dichtungsflüssigkeit eingebracht. Der zweite Nachfolgekörper wird sodann weiter in den Behälter vorgeschoben, bis der Abstand zwischen den beiden Magneten etwa 5 bis 6 mm beträgt. Während dieses Vorganges entweicht der Luftüberschuß aus der Kammer 25 durch den Ringspalt 24, und die Dichtungsflüssigkeit stellt sodann die Dichtung um den Nachfolgekörper 26 schnell wieder her, so daß die verbleibende Luft in der Kammer 25 unter Druck eingeschlossen ist.

ίο F i g. 7 zeigt eine Verbesserung unter Anwendung einer »Luftfeder« 17 c. Das Ende 32 des zweiten Nachfolgekörpers 28 hat einen verkleinerten Durchmesser und greift mit engem aber leichtem Gleitsitz in den Nachfolgekörper 15 c. Dieser Gleitsitz ist so gewählt, daß der Ringspalt zwischen den beiden Körpern etwa halb so groß ist wie der Ringspalt zwischen jedem Nachfolgekörper und der Behälterwand. Zwischen den gegeneinander verschieblichen Teilen des Nachfolgekörpers 15 c und des zweiten Nachfolgekörpers 28 befindet sich, wie in F i g. 8 gezeigt, eine Flüssigkeitsdichtung 29, welche die Luftfeder 17 c gegen die Luftkammer 25 abschließt.

Die Luft in der Kammer 25 übersteigt den atmosphärischen Druck um eine Größe, die genau gleich

as ist dem Kapillardruck der Ringmenisken 16, 30, welche diese Luftkammer begrenzen. Dieser positive Luftdruck sucht den zweiten Nachfolgekörper 28 von dem Nachfolgekörper 15 c zu trennen. Bei dieser Trennung dehnt sich jedoch die als Luftfeder wirkende Luft 17 c aus. Da die ausgedehnte Luft 17 c unter dem atmosphärischen Druck liegt, sucht sie den zweiten Nachfolgekörper 28 zurück zu dem Nachfolgekörper 15 c zu ziehen. Es wird dann ein Zustand erreicht, in welchem diese beiden Nachfolgekörper 28 und 15 c im Gleichgewicht stehen, wenn die Luftdrücke bei 17 c und 25 ihren resultierenden Schubkräften die Waage halten. Die Bemessung der Teile des Gerätes wird vereinfacht, wenn die Querschnittsfläche der zylindrischen Luftkammer 17 c gleich ist der Querschnittsfläche der ringförmigen Luftkammer 25. Wenn diese Voraussetzung gegeben ist, stellt sich das Gleichgewicht ein, sobald der positive Druck in der .Luftkammer 25 gleich ist dem Unterdruck in der Luftfederkammer 17 c, wobei beide Drücke von dem atmosphärischen Druck als Bezugspunkt gemessen werden.

Der Differenzdruck, welcher an der Flüssigkeitsdichtung 29 der Luftfeder herrscht, ist gleich der algebraischen Differenz der in 17 c bzw. 25 herrschenden Drücke, d. h., dieser Differenzdruck ist doppelt so groß wie der positive Druck in 25. Dies ist der Grund für den Vorschlag, daß der die Flüssigkeitsdichtung 29 enthaltende Ringspalt halb so groß sein soll wie der Ringspalt zwischen dem Umfang jedes Nachfolgekörpers und der Innenwand des Behälters.

Sowohl die Luftfeder 17 c als auch die Luft in der

Kammer 25 dehnen sich und ziehen sich gleichsinnig unter dem Einfluß von Änderungen der Temperatur und des Druckes der Atmosphäre zusammen, so daß die Luft in der Kammer 25 auf einem positiven Druck gehalten bleibt, welcher ausreicht, um einen kleinen konkaven Meniskus 16 bestehen zu lassen.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 7 und 8 kann für den Behälter ein Durchmesser von 5 mm und für

6g die beiden Nachfolgekörper 15 c und 28 ein Durchmesser von 4,9 mm gewählt werden. Die Dichtungsflüssigkeit bei 24 und diejenige bei 29 kann etwa dieselbe Oberflächenspannung haben wie die Tinte.

709 717/170

Die in Fig. 8 bezeichneten Abmessungen können zweckmäßig wie folgt gewählt werden:

L = 3 mm

L₁ = 5 mm

I = 2 mm

OL₁ = 3,5 mm

<i, = 3,55 mm.

Beim Zusammenbau werden die Nachfolgekörper 15c und 28 wie in Fig. 8 gezeigt angeordnet, wobei eine kleine Menge der Dichtungsflüssigkeit in den Ringspalt 29 eingebracht wird. Der Behälter wird dann mit Tinte gefüllt, worauf das Schreibende angesetzt wird. Die in F i g. 8 gezeigte Anordnung von Nachfolgekörpern wird in das rückseitige Ende des Behälters eingeschoben bis der Nachfolgekörper 15 c in die Tinte eintaucht. Hierauf wird eine kleine Menge der Dichtungsflüssigkeit in den Ringspalt zwischen dem zweiten Nachfolgekörper 28 und Behälterwand eingebracht. Diese Dichtungsflüssigkeit wird in den Ringspalt durch Kapillarkraft eingezogen, und zugleich wird die im Raum 25 eingeschlossene Luft unter Druck gesetzt. Die Luftfeder 17 c dehnt sich aus, bis Gleichgewicht eintritt.

F i g. 10 zeigt einen Flüssigkeitsverteiler anderer Art gemäß der Erfindung. Er besteht aus einem Großraumbehälter 10 zur Aufnahme einer Flüssigkeit, die z. B. eine flüchtige und/oder giftige Flüssigkeit sein kann, und ist mit einem Austrittsstutzen 33 versehen, der durch einen Hahn oder ein Ventil 34 geöffnet werden kann. Das eine Ende des Behälters ist bei 31 gelüftet. Am oberen Ende der FlüssigkeitssäuTe, d. h. zwischen dieser und der Belüftung, ist eine Anordnung von Nachfolgekörpern gemäß der Erfindung vorgesehen. Diese Anordnung von Nachfolgekörpern ist beispielsweise in der Ausführung gemäß F i g. 5 gezeigt und besteht aus einem ersten Nachfolgekörper 15, einem zweiten Nachfolgekörper 23 und einer Zugfeder 17 ft, welche diese beiden Körper zusammenzieht. Es kann jedoch auch jede andere gemäß der Erfindung ausgebildete Anordnung von Nachfolgekörpern Anwendung finden, vorzugsweise eine Anordnung gemäß F i g. 5 oder 6 oder gemäß F i g. 7 und 8. Die Vorteile dieser Bauart liegen darin, daß die Flüssigkeit gegen Berührung mit Luft geschützt ist, auch dann, wenn das Verteilergefäß teilweise leer ist, während es auf atmosphärischem Druck gehalten wird, und daß ein Aussikkern in keiner Lage des Gefäßes (z. B. bei normalem Gebrauch oder beim Transport oder wenn es sich in einem Flugzeug befindet) oder unter stark veränderlichen Schwerkraftverhältnissen (z. B. in extrem großer Höhe oder sogar im Weltraum) eintreten kann.

Bei jeder Ausführungsform der Erfindung kann das vordere Ende des Nachfolgekörpers, d. h. jenes Ende, welches der Tinte oder einer anderen Flüssigkeit in dem Behälter zugewendet ist, gewölbt oder konisch gestaltet werden, so daß die Möglichkeit vermindert wird, daß Luft in dem Behälter eingeschlossen wird. Bei den Ausführungsformen mit zwei Nachfolgekörpern wird der Abstand zwischen diesen beiden Körpern zweckmäßig so gewählt, daß die beiden gegenüberliegenden Menisken, welche der eingeschlossenen Luft od. dgl. benachbart sind, sich unter normalen Gebrauchsbedingungen nicht miteinander vereinigen können.

Die Ausführungsformen nach Fig. 1 und2 ermöglichen die Anordnung eines Behälters der erwähnten Art, welcher der Atmosphäre ausgesetzt oder belüftet ist, bei welchem jedoch die Flüssigkeit bei etwa konstantem und unteratmosphärischem Druck als Vorrat gehalten und/oder abgegeben werden kann. Alle oben beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen die Ausbildung eines Behälters, bei welchem die Flüssigkeitsoberfläche unter den bei normalem Gebrauch einwirkenden Kräften (Schwerkraft, Stoß, Trägheit usw.) keine zufälligen Bewegungen (Spritzen, Schaumbildung usw.) ausführen kann. Mit Hilfe der Erfindung kann der Behälter auch aus Teilen zusammengesetzt werden, welche in einfacher und billiger Weise aus geeigneten Werkstoffen, insbesondere Plastikstoffen, gefertigt und/oder leicht nach Verfahren der Massenfabrikation zusammengebaut werden können. Die Erfindung ermöglicht ferner die Ausbildung eines Behälters (insbesondere nach den Ausführungsformen der F i g. 5, 6 und 7 und 8) für hochviskose und undurchsichtige Flüssigkeiten, wobei der Flüssigkeitsinhalt des Behälters von außen sichtbar gemacht werden kann. Nach den Ausführungsformen der F i g. 5, 6 und 7 und 8 und 10 kann auch ein Behälter ausgebildet werden, bei welchem die zu verteilende Flüssigkeit gegen Berührung bzw. Verunreinigung mit den Bestandteilen des den Behälter umgebenden Gases (z. B. Luft) vollständig geschützt ist.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Zur Verteilung einer Flüssigkeit dienender, am rückseitigen Ende unter atmosphärischem Druck stehender Behälter, insbesondere Schreibmittelbehälter für Kugelschreiber, mit einem am rückseitigen Ende der Flüssigkeitssäule mit leichtem Gleitsitz in einer vorzugsweise zylindrischen Bohrung von nicht kapillarer Weite verschiebbaren, in die Flüssigkeit ganz oder teilweise eintauchenden Nachfolgekolben, bei welchem der zwischen Nachfolgekolben und Bohrung vorhandene Ringspalt mit einer dichtenden Flüssigkeit gefüllt ist, die einen konkaven Meniskus im Spalt bildet, und Mittel vorgesehen sind, um auf den Nachfolgekolben eine der Eintauchrichtung entgegengesetzte Kraft auszuüben, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits das Mittel zur Ausübung der auf den Nachfolgekolben wirkenden Kraft sich an einer in axialer Richtung vom Nachfolgekolben entfernten Stelle im Behälter abstützt und in allen Lagen des Behälters einschließlich der horizontalen wirksam ist, und andererseits die ausgeübte Kraft so bemessen ist, daß sie in allen Lagen des Behälters alle anderen Kräfte, welche auf den Nachfolgekolben wirken und ihn zum völligen Eintauchen in die Flüssigkeit bringen könnten, ausgleicht, ohne in der Lage zu sein, ihn völlig aus der Flüssigkeit herauszudrücken.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Nachfolgekolben ausgeübte Kraft durch eine im Behälter axial angeordnete Feder hervorgebracht wird, welche einerseits an einer Stirnfläche des Nachfolgekolbens anliegt und sich andererseits an einem mit dem Behälter fest verbundenen Anschlag abstützt (Fig. 1 und 2).

3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine Druckfeder

(17) ist, die einerseits gegen die Vorderseite des Nachfolgekolbens (15), andererseits gegen einen im Abstand (in Richtung auf das Verteilerende, insbesondere die Schreibspitze des Kugelschreibers) im Inneren des Behälters (10) fest angeordneten Anschlag anliegt (Fig. 1).

4. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine Zugfeder (17 a) ist, die einerseits an der Rückseite des Nachfolgekolbens (15), andererseits an einem im Abstand (in Richtung auf das rückseitige Ende des Behälters) angeordneten Anschlag (19) angreift (Fig. 2).

5. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Nachfolgekolben ausgeübte Kraft durch magnetische Anziehung oder Abstoßung von magnetischen Körpern hervorgebracht wird, von denen der eine am Nachfolgekolben, der andere mit axialem Abstand von diesem angeordnet ist (F i g. 3, 4 und 6).

6. Behälter nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelle (23, 26) im Behälter, gegen welche sich die auf den Nachfolgekolben ausgeübte Kraft abstützt, ihrerseits in der Bohrung des Behälters mit Gleitsitz verschiebbar ist, so daß er sich in dem Behälter bei abnehmendem Flüssigkeitsinhalt gleichzeitig mit dem Nachfolgekolben verschiebt (Fig. 5, 6 und 7).

7. Behälter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter sich mit dem ersten Nachfolgekolben (15) frei bewegender Nachfolgekolben (23 bzw. 26 bzw. 28) vorgesehen, in dem jeden Nachfolgekolben umgebenden Spalt eine Dichtungsflüssigkeit vorhanden und der Zwischenraum (15) zwischen den Nachfolgekolben von Gas oder Dampf (vorzugsweise Luft) erfüllt ist und daß Vorkehrungen getroffen sind, um die beiden Nachfolgekolben zusammenzuziehen und dadurch das Gas oder den Dampf unter einem Druck zu halten, welcher größer ist als der Druck der Flüssigkeit in dem jeden Nachfolgekolben umgebenden Spalt, aber nicht größer als der maximale Kapillardrack in diesen Spalten (Fig. 5, 6, 7, 8).

8. Behälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die beiden Nachfolgekolben gegeneinanderziehenden Mittel aus einer Gas- oder Dampfkammer (17 c), vorzugsweise einer Luftkammer, bestehen, in welcher das Gas oder der Dampf mit unteratmosphärischem Druck eingeschlossen ist (Fig. 7, 8).

9. Behälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Nachfolgekolben (28) mit einem kolbenartigen Teil (32) in einem die Gaskammer (17 c) bildenden Zylinder des anderen Nachfolgekolbens (15 c) unter Einfügung einer Flüssigkeitsdichtung (29) verschiebbar ist (Fig. 7, 8).

10. Behälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der zylindrischen Luftkammer (17 c) gleich ist derjenigen der ringförmigen Luftkammer (25).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung ρ 39652 X/70 b D (bekanntgemacht am 14. 12.1950).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 717/170 12.67 © Bundesdruckerei Berlin