DE1761866B2 - Kugellagergehäuse für Kugelschreiberminenspitzen und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugellagergelläuse für Kugelschreiberminenspitzen mit einer mehrschichtigen nickelhaltigen Lagerschale und ferner ein Verfahren zur Herstellung solcher Kugellagergehäuse.

Lagergehäuse für die Kugel bzw. die ganze Kugelschreiberspitze werden im allgemeinen spanabhebend oder auch durch Kalt- oder Warmverformung hergestellt. Während die Kugel als geometrisch einfache Form sich durch schleifende Bearbeitung in höchster Präzision auch im härtesten Material, wie z. B. Wolframkarbid oder Rubin herstellen läßt, ist letzteres in wirtschaftlicher Form für das Lagergehäuse noch nicht geglückt.

Erfahrungsgemäß zeigt jedes Lager sowohl im ruhenden Lagerteil, wie auch in dem sich bewegenden Teil der Kugel Verschleißerscheinungen. So ist es z. B. bekannt, daß Stahlkugeln in Kugelschreiberspitzen noch tiefe Schleifspuren beim Schreiben erhalten, wenn ihre Härte etwa unter 600 kg/mm² Vickers-Härte liegt Diese Härtewerte, bei denen noch Verschleißerscheinungen wahrnehmbar sind, schwanken je nach den Versuchsbedingungen, sie sind z. B. abhängig vom Schreibdruck, der Papiersorte, dem Material und dem Gefüge der Kugel. Ähnliche Abhän-

t5 gigkeiten bestehen auch bei der Lagerschale.

Es ist eine Erfahrungstatsache, daß sehr häufig Kugelschreiberspitzen durch Verschleiß der Lagerschale vorzeitig zerstört werden oder ihre guten Schreibeigenschaften verlieren. Wie die Anmelderin

ao feststellen konnte, liegt dieses vorzeitige Versagen der Lagerschale in erster Linie daran, daß die Härte werte von Lagerkugel und Lagerschale sehr stark differieren. Alle bisher bekanntgewordenen Lagerschalen sind im Vergleich mit der Kugel sehr weich. Dies

as gilt auch für die bisher bekanntgewordenen mehrschichtigen Lagerschalen, die außer einer relativ weichen äußeren Tragschale noch mit einer ebenfalls weichen Einlaufbeschichtung versehen sind.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Kugellagergehäuses, welches auf Grund einer besonderen Ausbildung in ihrer tragenden Schicht eine Härte erhält, die in der Nähe des Härtewertes der Kugel liegt.

Zui Lösung der vorgenannten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verbundlager vorgeschlagen, welches gekennzeichnet ist durch eine äußere Tragschale aus Nickel oder einer Bronze mit hoher Festigkeit und hoher Streckgrenze in Verbindung mit einer inneren galvanisch oder chemisch abgeschiedenen Ai'flage aus Nickelbor oder Nickelphosphor mit einer Härte von mehr als 600 kg/mm² Vickers-Härte. Vorzugsweise ist die harte innere Auflage noch mit duktilem Metall, beispielsweise mit Gold, Silber, Indium oder Blei abgedeckt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Kugellagergehause dadurch hergestellt weiden, daß eine der Schreibkugelabmessung entsprechend vorgeformte, aber bezüglich der aufzubringenden Auflagen weiter dimensionierte Kugellagertrpgschale in eine komplexe Nickelsalzlösung eingebracht und durch Reduktion mit einer Nickel- bzw. Nickellegierungs-Auflage versehen und nach dem Einsetzen der Lagerkugel in an sich bekannter Weise am Rand eingebördelt wird.

In der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnung wird die Herstellung eines erfindungsgemäßen Kugellagergehäuses erläutert.

Die Zeichnung zeigt in einem schematischen Vertikaischnitt eine Vorrichtung zur Vernickelung der Innenflächen einer Tragschale für ein Kugellagergehause.

Das nachfolgend zu erläuternde Herstellungsverfahren verwendet als Ausgangsmaterial Kugelschreiberminenspitzen-Rohlinge, die in großer Stückzahl gemeinsam weiterverarbeitet werden können. In der Zeichnung ist zwecks Vereinfachung nur eine einzige Kugelschreiberspitze 1 dargestellt. Diese Spitze ist in

bekannter Weise mit einem kapillaren Zufuhrungskanal2, einem Ringkanal und Seitensitzbohrung versehen. Die eigentliche, später die Schreibkugel aufnehmende Kugellagertragschale 3 ist entsprechend den nachfolgend noch aufzubringenden Auflagen weiter dimensioniert. Da die Lagerschale 3 wegen der sehr kleinen Lagerfläche mit einem verhältnismäßig sehr hohen Schreibdruck belastet ist, wird für sie e.-a Material gewählt, das eine möglichst hohe Festigkeit von mindester-» 60 kg/mm², eine hohe Streckgrenze und eine ausreichende Dehnung von etwa 5 bis 10 °/o besitzt und darüber hinaus auch gut zerspanbar ist. Sofern die Kuge'schreiberspitzen nachfolgend noch einer Wärmebehandlung unterworfen werden sollen, soll das Material für den tragenden Teil der Lagerschale 3 auch noch eine bleibende Festigkeit nach einer Wärmebehandlung behalten. Die vorstehenden Bedingungen erfüllt beispielsweise eine Kupfer-Berryllium-Legierung, deren Zerspanbarkeit durch Zusätze verbessert worden ist und die in halbhanem Zustand bearbeitet wurde.

Bei einem beispielsweise durchgeführten Versuch wurde für eine Lagerkugel mit einem Durchmesser von 0,8 mm die zugehörige Lagerschale mit einem Durchmesser von 0,83 mm gebohrt und bei dem 1. B. 90° betragenden Öffnungswinkel für das Kugelbett der Bodensitz etwas tiefer als üblich gelegt, weil in der nachfolgend noch zu beschreibenden Plattierung d^r Boden angehoben wird. Verständlich^rweise sollte der Bodensitz des Kugelbettes später beim Eindrücken der Kugel nicht stärkere Verformungen erleiden als für die Sitzausbildung notwendig ist.

Die vorstehend näher erläuterten Spitzen 1 werden einer chemischen Vernickelung unterworfen. Dies kann beispielsweise mit einer Anordnung geschehen, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist. Die einzelnen Spitzen 1 werden in größerer Stückzahl von unten in den Oberteil 4 einer Halterung eingesetzt. Die einzelnen Bohrungen im Oberteil 4, welche die Spitzer 1 aufnehmen, sind mit einem Dichtungsrings ausgekleidet. In dem Oberteil 4 befindet sich eine Beheizungskammer 6, die von sämtlichen eingesetzten Spitzen 1 durchquert wird. Die Heizkammer ist über zwei Rohrleitungen 7 und 8 an eine Wärmequelle angeschlossen. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um eine Dampfbeheizung.

Nach einer Beschickung des Oberteils 4 wird an das letztere ein Formunterteil 9 angesetzt, welches komplementär ausgebildet ist und für jede der Spitzen 1 eine entsprechende Aufnahmebohrung 10 aufweist. Oberteil 4 und Unterteil 9 werdem mit Schraubbolzen 11 zusammengespannt. An den aneinandergrenzenden Stirnflächen befindet sich eine Dichtung 12. Die Bohrung 10 ist ar ihrem unteren Ende offen und dort mit einem 'jeringeren Durchmesser versehen und kann auch an dieser Stelle wie in der Zeichnung dargestellt, konisch ausmünden. Die am Boden der Bohrung 10 ausgebildet·.. Stufenfläche nimmt eine Ringdichtung 13 auf, die vorzugsweise nicht nur an der Stirnfläche der Spitze 1 zur Anlage kommt, sondern auch noch geringfügig in das Innere der Lagerausnehmung hineinragt. Durch die Abdichtungen S, 12 und 13 wird sichergestellt, daß der vom Oberteil 4 und Unterteil 9 gebildete Einsatz in ein Bad eingesenkt werden kann, ohne daß es zu einer Benetzung der Außenseiten der Spitzen 1 kommt.

Für die vorgesehene Vernickelung wird der von den beiden Teilen 4 und 9 gebildete Einsatz in einen Badbehälter 14 eingesetzt und dabei vorzugsweise in Längsrichtungen der Spitzen 1 auf und ab bewegL

An Stelle der in der Zeichnung dargestellten Anordnung kann auch eine übliche galvanische Trommel verwendet werden.

Der Badbehälter 14 ist mit einer Nickelsalzlösung angefüllt.

Die beabsichtigte Reduktion des Nickels an den dem Bad ausgesetzten Oberflächen der Spitzen 1 kann nach verschiedenen bekannten Verfahren erfolgen, z.B. durch Hypophusphit oder vorzugsweise durch Boranat in stark alkalischem Bad bei 90° C. Bei diesem Boranat-Verfahren wird beispielsweise eine starke Nickelborschicht von 15 my aufgebracht.

Damit die Reduktion des Nickels an allen Spitzen gleichzeitig einsetzt, wird vorzugsweise eine elektrische Animpfung vorgenommen. Nach der Animpfung kann der elektrische Kontakt wieder aus dem Badbehälter entfernt werden.

Die aus Ober- und Unterteil 4,9 bestehende Halterung ist vorzugsweise aus 18/8 Chrom-Nickel-Stahl hergestellt, damit alle Spitzen gleichzeitig elektrisch angeimpft werden können und nach erfolgter Abscheidung von der Halterung die Nickelschicht durch eine Behandlung mit Salpetersäure leicht entfernt werden kann.

Dei Dampfbeheizung über die Leitungen? und8 begünstigt den Reduktionsvorgang und die Abscheidungsgeschwindigkeit.

Ist die Dichtung 13 in vorbeschriebener Weise so ausgebildet, daß sie geringfügig in das Innere der Lagerausnehmung eingreift, entfallen andernfalls möglicherweise auftretende Schwierigkeiten beim Einsetzen und Einbördeln der Kugel. Vor allem wenn Nickelschichten in einer Stärke von mehr als 15 my aufgebracht werden, können andernfalls Schwierigkeiten wegen der noch notwendigen plastischen Verformung und der Haft festigkeil zwischen dem Grundmaterial und der harten Schicht entstehen.

Nach der Vernickelung können die Spitzen 1 wieder aus der Halterung entnommen werden, um dann in bekannter Weise ihre Kugeln zu erhalten, die man entsprechend den üblichen Verfahren einbördelt.

Um die Eigenschaften des Lagers als Kugelschreiberspitzen noch weiter zu verbessern, wird gemäß dieser Erfindung ferner vorgeschlagen, auf der harten Nickelschicht eine zusätzliche weichere Schicht aufzubringen, die die Einlaufeigenschaften und die Haltbarkeit des Lagers erhöh... So kann z. B. eine von härtenden Zusätzen freie, beispielsweise eine antimonfreie Silberschicht gewählt werden, die man aus einem zyanidischen Silberbad galvanisch abscheidet. Auch hier kann entsprechend dem vorerläuterten Vernicklungsverfahren vorgegangen werden. Dies.e dritte Lagerschicht aus duktilem Metall kann beispielsweise eine Stärke von 10 my haben und aus einem duktilen Metall, wie beispielsweise Gold, Silber, Indium oder Blei bestehen. Bei der Verwendung von Silber kann ferner noch daran gedacht werden, auf die Silberschicht eine dünne Goldschicht von 18 bis 24 Karat in einer Stärke von 1 my aufzubringen. Ein solch dünner Goldüberzug verhindert eine Korrosion des Silbers bei Schwefeleinwirkung.

Die fertigen Kugelschreiberspitzen können nach dem Einsetzen der Kugel noch einer Wärmebehandlung im Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre

bei einer Temperatur von 300 bis 500° C unterzogen werden, Die Wärmebehandlung führt zu einer Aushärtung der Nickelborschicht und auch der Berrylliumbronze. Hierbei kann sowohl die Nickelborschicht wie auch die Berylliumbronze über den Punkt maximaler Aushärtung hinweg erwärmt werden, da bei beiden Materialien die Abriebfestigkeit bei Überhärtung ansteigt. Bei dem vorerwähnten praktizierten Beispiel wurde mit einem Halbmikro-Härteprüfer bei 300 g Belastung eine Härte der Nickelborschicht von 1100 kg/mm² und bei der Berylliumbronze von 410 kg/mm² Vickers-Härte gemessen. Außerdem verbessert die Wärmebehandlung den Verbund der einzelnen Schichten und es ergibt sich auch eine Diffusion der Schichten, die eine günstige Beeinflussung

S der Lagereigenschaften bewirkt.. Sofern die vorerwähnte Wärmebehandlung durchgeführt werden soll, muß beim Einbördeln der Kugel die in der Berylliumbronze bei der Wärmebehandlung auftretende Kontraktion berücksichtigt werden, d. h. es muß die

ίο einzusetzende Lagerkugel vor der Wärmebehandlung ein etwas vergrößertes Spiel haben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Kugellagergehäuse für Kugelschreibenninenspitzen mit einer mehrschichtigen nickelhaltigen Lagerschale, gekennzeichnet durch eine äußere Tragschale aus Nickel oder einer Bronze mit hoher Festigkeit und hoher Streckgrenze in Verbindung mit einer inneren galvanisch oder chemisch abgeschiedenen Auflage aus Nickelbor oder Nickelphosphor mit einer Härte von mehr als 600 kg/mm² Vickers-Härte.

2. Kugellagergehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Tragschale aus Berylliumbronze besteht.

3. Kugellagergehäuse nach Anspruch 1 und 2, daduich gekennzeichnet, daß die innere Auflage großer Härte mit einem duktilen Metall abgedeckt ist.

4 Kugellagergehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die duktile Abdekkung eines oder mehrere der Metalle Gold, Silber, Indium oder Blei enthält.

5. Verfahren zur Herstellung von Kugellagergehäusen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Schreibkugelabmessung entsprechend vorgeformte, aber bezüglich der aufzubringenden Auflagen weiter dimensionierte Kugellagerschale in eine komplexe Nickelsalzlösung eingebracht und durch Reduktion mit einer Nickel- bzw. Nickellegierungs-Auf lage versehen und nach dem Einsetzen der Lagerkugel in an sich bekannter Weise am Rand eingebördelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugellagertragschale bei der Behandlung im Nickelbad von außen, vorzugsweise durch Dampf beheizt wird.

7. Verfahren nach Anspruch5 undo, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale bei der Behandlung im Nickelbad an ihren Außenseiten abgedeckt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerschale bei der Nikkelabscheidung an der Innenseite im Bereich des einzubördelnden Randes abgedeckt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Kugel versehene Lagerschale durch Wärmebehandlung ausgehärtet oder überhärtet wird.