DE2512399A1 - Kugelschreiber-minenspitze - Google Patents

Description

Kugelschreiberminenspitze

Sie Erfindung betrifft eine Kugelschreiberminenspitze, bestehend aus einer Kugel aus Korund, Saphir oder Wolframkarbid in einer am vorderen Ende offenen mehrschichtigen lagerschale, welche außen aus einem Metall mit hoher Festigkeit und hoher Streckgrenze besteht und innen als mehrschichtiges, vorzugsweise zweischichtiges lager aus» gebildet ist·

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Kugelschreiberminenspitze, die ein möglichst angenehmes Sohreibgefühl bei der Benutzung und ein gleichmäßiges kräftiges Schriftbild auch bei großen Sohreibleistungen von z.B. 10 OOO m aufweist.

Damit die Kugel solcher Kugelschreiberminenspitzen nicht ausgleitet und dadurch die Schrift aussetat, sollte die

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Kugel eine rauhe, griffige Oberfläche haben. Solche Kugeln sind z.B. ana ¥_olframkarbid im Handel oder auch aus Saphir herstellbar. Die rauhen Oberflächen sololior Kugeln, der Staub und die Papierfüllatoffe und schlechte Schmiereigenschaften heutiger Schreibpa3ten bedingen einen äußerst hohen Verachleiöwiderstand des Lagers, wenn es sich in seinem geringen lagerspiel von einigen Mikron nicht merkbar ändern und eine gleichmäßige Schrift liefern soll. Beispielsweise muß ein solches Lager mit einer 0,7 mm-Kugel unter unsauberen Bedingungen bei einem einseitigen Lagerdruck beim Schreiben ohne wesentlichen Verschleiß 4,5 Hillionen. Umdrehungen aushalten.

Um die Kugelschreiberminenspitzen möglichst wirtschaftlich herzustellen, scheiden wegen der spanabhebenden Bearbeitung zu harte Werkstoffe aus. Bei der verlangten hohen Maßgenauigkeit muß der Werkzeugverschleiß möglichst klein sein, was a.B. bei dem Material Cu Zn 42 mit einem Bleigehalt von 2 bis 3 $ möglich ist. Das Verlangen nach hohen Standzeiten für die Werkzeuge steht jedoch im Widerspruch zu der !Forderung nach hoher Verschleißfestigkeit· Stellt man die Rohlinge für die Kugelschreiberminenspitzen im Fließ-Preß-Verfahren her, beispielsweise mit dem Werkstoff Cu Zn 37» so hat auch ein solches Material

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schlechte Verschleißeigenschaften.

Um bei der vorstellenden Problematik zu einer in jeder Weise befriedigenden Kugelschreiberminenspitze der einleitend genaunteu Art zu kommen« ist die letztere dadurch. gekennzeichnet, daß die äußere Schicht des mehrschichtigen Lagers eine in Silber-, liickel oder Kupfer eingebettete Diapersions3chiclit ist, in der das vorzugsweise aus Borkarbid oder Siliziumkarbid bestehende dispergierte Material eine Harte von mehr als 600 kp/inm Vickers-Härte hat, und daß die inttere der Kugel zugewandte Schicht eine Tickers-Härte von weniger als 200 kp/mm hat«

Die IiTiindung bringt somit überraschendei'weise die Möglichkeit, für die Lagerschale die oben erwähnten wirtschafte lieh verspanbaren Materialien für Lager mit hoher Verschleißfestigkeit zu verwenden·

Bei den erfindungsgemäßen J&igelschreiberminenspitzen. hat die Dispersionsschicht vorzugsweise eine Dicke you 5 bis 20 Mikron, wobei der Anteil des dispergieren Materials im tragenden !eil des mehrschichtigen Lagers vorzugsweise 10 bis 30 Vol£ beträgt.

einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Lager-

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schale außen aus einer Aluminium-Mehrstoff bronze, einer Kupfer-Zink- oder Eisen-iegierung, wobei im Falle einer Kupfer-Zink-legierung ein Bleianteil von 2 bis 3 Gew# von Vorteil ist.

Bin Verfahren zur Herstellung der erfindungsgeraäßen Kugelschreiberspitzen ist dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersionsschicht aus einem galvanischen Bad abgesohieden wird, in dem durch starke Bewegung und Flotationsmittel das dispergierte Material in gleichmäßiger Verteilung gehalten wird, daß die Kugelschreiberminenspitzen-Rohlinge in einer Trommel behandelt werden, durch die die Badflüssigkeit während der galvanischen Abscheidung hindurchgepumpt wird, und daß zur Abscheidung ein alternierender Gleichstrom verwendet wird, wobei die kathodisch Stromdichte 4 bis δ A/dm und die anodische Stromdichte 2-6 A/dm beträgt· Besondere günstige Ergebnisse wurden erzielt, wenn die Konzentration in der Dispersionsphase etwa 120 g/l beträgt und man als leilchengröße für die Dispersionsphase einen Durchmesser von 1 bis 5 Mikron wählt.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und der als Beispiel zu wertenden Zeichnung.

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In der Zeichnung zeigen:

Pig, 1 einen Querschnitt durch den vorderen Teil einer Kugelschreiberminenspitze und

2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung der Kugelschreiberminenspitze gemäß Pig« 1.

Die erfindungsgemäS ausgebildete Kugelsohreiberminenspitze gemäß Pig. 1 besteht aus der Kugel 1, die sich in einer lagerschale 2 am Torderende 5 der Kugelschreiberminettspitze 6 befindet· In der Lagerschale 2 befindet sich das erfindungsgemäße mehrschichtige Lager» welches aus einer äußeren Schicht 3 und einer inneren der Kugel 1 zugewandten Schicht 4 besteht. Die äußere Schicht 3 des mehrschichtigen Lagers ist eine in Silber» nickel oder Kupfer eingebettete Dispersionsschicht, in der das vorzugsweise aus Borkarbid oder Siliziumkarbid bestehende dispergierte Material eine Härte von mehr als 600 kp/min Vickers-Härte hat, während die innere der Kugel 1 zugewandte Schicht 4-eine Vickers-Härte von weniger als 200 kp/mm aufweist· Die Schreibpaste wird der Kugelschreiberminenspitze in an sich bekannter Weise über einen kapillaren Zuführkanal 7 zugeführt.

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Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem Badbehälter 10_f in den in ringförmiger Anordnung Anodenbleche 1t eingehängt sind· In dem Badbehälter 10 befinden sich zwei koaxial angeordnete Trommeln 12a, 12b, die bei der Behandlung über die Antriebswelle 13 in Uralauf gesetzt werden· Sie Antriebswelle 13 ist hohl ausgebildet und nimmt die Kathodenleitung 14 auf· Am unteren Ende der Antriebswelle 13 befindet sich ein Kegelrad 15t welches mit Hilfe von zwei weiteren Kegelrädern 16a und 16b die Trommeln 12a und 12b antreibt. Die stationär in der Antriebswelle 13 angeordnete Kathodenleitung 14 führt über HöUangen des Getriebes in jede der beiden Trommeln 12a und 12b hinein. Die eigentlichen Kathoden enden als radialer Arm, der beim Umlauf der Trommeln 12a und 12b auch noch für eine Bewegung des Trommelinhaltes sorgt.

Die Trommeln 12a und 12b werden vorzugsweise etwa bis auf ein Drittel ihres Volumens mit Kugelschreiberminenspitzen-Rohlingen beschielet· Damit die Trommeln 12a und 12b gut von dem im Badbehälter 10 befindlichen Elektrolyten und der Dispersionsphase durchspült werden, sind die Trommeln 12a und 12b mit einem Gazematitei 18 umgeben· Die Umwälzung der Badflüssigkeit geschieht mit einer Pumpe 19, die an einem Ablauf 20 des Badbehälters 10 angeschlos-

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son ist. Die Pumpe 19 fördert die Badflüssigkeit über eine Steigleitung 21 und zwei Abzweigleitungen 22 und 23 und zwei weiteren Ansehlußleitungen 24 und 25 zu den Trommeln 12a und 12b· Die Leitungen 24- und 25 münden außen axial in die Trommeln 12a und 12b. Der Abfluß aus den Trommeln geschient über den Gazemantel 18 zum Badbehälter 10·

Damit man die Trommeln möglichst einfach beschicken kann» sind die Leitungsansehlüsse 24 und 25 über lösbare Anschlüsse 26 und 27 mit den Abzweigleitungen 22 und 23 verbunden· Ein an den Leitungen 24 und 25 befestigter Klemmring 28 gibt die Möglichkeit, die !Trommeln aus dem Badbehälter herauszunehmen.

Im Hinblick auf die Forderung nach höchster Präzision, höchstem Yer schleißwiderstand und guten Gleit eigenschaft en bei möglichst kostengünstiger Herstellung in der Metallbearbeitung und der Herstellung der Lagerschalen hat die Anmelderin zunächst im Labormaßstab und später auch im größeren Maßstab lange Versuchsreihen durchgeführt, um die geeigneten Schichten und Schichtfolgen zu finden« Unerwarteterweise wurde nun gefunden, daß als wesentliche Lauffläche eine sehr weiche Einbettung harter Partikel außerordentlich gute Lagereigenschaften ergibt. Unter anderem

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wurde dabei ein Silberbad entwickelt, daß als Dispersionsphase Borcarbid oder Siliziumkarbid enthält. Übliche Silberbäder gestatten nur einen geringen Einbau der Dispersionspbase bei der galvanischen Metallabsoheidung. Durch den Zusatz von Flotationehilfsmitteln, z.B. nicht ionogenenNetzmittel und Invert seifen» konnte der Einbau der Dispersionsphase verbessert werden. Ferner erwies sich eine Konzentration der Dispersionsphase von 60 - 120 g/l als optimal· Aber erst die Anwendung von alternierenden kathodisohen und anodischen Gleichstromimpulsen ließ eine ausreichende Abscheidung der Dispersionsphase und eine Verhinderung des Kantenaufbaues» der bei der weiteren Verarbeitung stört und das Schriftbild nachteilig beeinflußt, erreichen« Diese vorstehend geschilderten Versuche führten zur Entwicklung der in Pig· 2 dargestellten Anlage mit einer speziellen Galvano-Trommel, die es gestattet» die Dispersionsphase immer gleichmäßig für die Abscheidung zur Verfügung zu stellen. Als vorteilhafteste !Peilchengröße für die Dispersionsphase wurde ein Durchmesser von 1-5 Mikron gefunden· Die günstigste Schichtdicke für diese Dispersionsschicht liegt zwischen 5 und 15 Mikron. Als günstigster Gehalt an aispergierter Phase In der Silberschicht wurden 10-30 Vol# gefunden. Mit niedrigerem Gehalt sinkt der Wirkungseifekt schnell ab, mit höherem Gehalt beginnen die Schichten bei der späteren Bearbeitung EU bröckeln.

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Nachfolgend soll als Beispiel die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrene zur Eerstellun τοη Kugelaohreiberelnenapitzön beschrieben

Die Rohlinge der Kugelaohreiberminenepiteen werden aus Rundmaterial-Stangen oder Draht spanabhebend eit den sieb, aus der späteren Beschichtung ergebenden tfntereaflen in üblicher ?orm ans Cu Zn 42 Fb hergestellt» Tor de« sonst üblicherweise folgenden Arbeitsgang« d.h. de« Sinaetsen der Kugelt wird die Fertigung but Verbundlagerb«schichtung unterbrochen·

Bio Spitzen-Rohlinse werden in die Trommeln 12a, 12b (Jig. 2) in einer Stückzahl von a.B, 2000 Stüok je Troanel eingefüllt und dann durch folgende Bäder geführt, wobei die Spülbäder nicht besonders erwähnt werden·

1· Abkochentfettung,

2. kathodiache Entfettung,

3· Akfeirierung durch Säurebeize unter Verwendung τοη ?lu3säure bei bleihaltigen Materialien,

4· Anaohlagniclcel, salesaures Nickelohloridbad, 5· Zyanidiaohes Kupferbad,

6. Anachlagnickelbad sit niedrigem Silbergehalt und hohem Zyanidgehalt,

7· Silberbad mit dispergiertem Borkarbid nit

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alternierenden kathodiscben und anodischen Strowimpulsen für ein© Zeit von 1 bis 3 Stunden, wobei die kathodischen Stromimpulse eine Stromdiente von 4 bis 3 A/dm haben und 2 Minuten lang andauern, während die anodischen Stromimpulee eine Stromdichte von 2 bis 6 A/dm haben und 1 Minute lang andauern; bei einem Galvanik-Automaten mit je einem der aufgeführten Bäder, aber sechs Dispersionsrädern wurde ein Durchsatz einer Doppeltrommel in etwa einer halben Stunde erreicht·
3· Zyanidisches Kupferbad gemäß dem vorerwähnten Bad Ur. 5*

9· Saures Glanakupferbad bei einer Stromdichte von 8 A/dm luftgerührt für eine Dauer von 14 Minuten bis zum Erreichen einer Schicht stärke von 3 Mikron·

10· Anschlagsilberbad wie Bad Hr. 6.

11· Grlanzsilberbad mit einer Stromdichte von 2 A/dm² für 4 Minuten für eine Schichtstärke von 1 Mikron.

12. Chromatierungsbad 2 V/2 Min.

13. Preontrockner.

Anschließend erfolgt eine Wärmebehandlung im Vakuum oder auch in einer inerten Atmosphäre bei 200° G und einer Dauer

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von einer Stunde. Danach wird die Wolframcarbid- oder Saphirkugei eingesetzt und eingerollt·

Das Nickelansclilagbad Hr· 4». das zyanidische Kupferbad ITr. 5 und 8 und das Vorsilberbad Hr · 6 und Hr · 10 dienen dazu, eine gute Verbindung zwischen dem Grundmet&ll und der Dispersionssilbersehieht und zwischen den Schichten zu erhalten.

Anstelle einer 3 Mikron starken Glanztoipferbeechichtung im Bad Hr. 9 kann auch eine Hartgoldschicht gleicher Stärke verwendet werden. Diese Zwischenschicht ist ganz besonders vorteilhaft· Hach der Wärmebehandlung hat das Silber ohne Dispersionsphase eine Härte von 60 kp/am . Wild nur eine Silberdispeusionsschieiit s-us^eiehescIÄr Stärke» z.B. zwischen 10 und 20 Mikron verwandt» schiebt sieh beim Anrollen der Kugeln diese Silberschicht nach vorn auf die Kugel, so daß die Minenspitze unbrauchbar wird· Verwendet man als diese Zwischenschicht ein zu hartes Material» z,B. eine galvanische Glanznickelschicht» so wird beim Bördeln die Silberschicht nach rückwärts herausgedrückt und es kommt zu unsauberen Bördelrändern und schlechten Sehreibeigenschaften. Es wurde gefunden, daß sich für diese Zwischenschicht nur Schichten mit einer Härte zwischen

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80 - 250 kp/mm , bevorzugt 100 - 150 kp/mm Vickers-Härte eignen«

Anstelle der zyanidisehen Vorverkupferung Im Bad Hr. 8 ist bei Gold ein sogenanntes Vorgoldbad zu verwenden. Sie Glanzeilber schicht im Bad Nr. 11 dient dem Einlaufen der Kugel im lager« dem Korrosionsschutz und auch, dem optischen Eindruck. Das Chromatieren im Bad Nr. 12 verhindert das Anlaufen der äußeren Teile der Kugelschreiberminenspitze trotz der nachfolgenden Verformung, wie in einem zweijährigen internen Erprobungstert gefunden wurde. Das Chromatieren fördert innerhalb der Spitze die Adhäsion der Pastentinte oder andere ausgedrückt, die Benetzung durch die Baste· FUr die galvanische Behandlung kommen nur Bäder mit einer guten M*krotiefenstreuung in Betracht, damit eine gleichmäßige Schichtstärke im Kugelbett abgeschieden wird·

Die nach de» vorstehend beschriebenen Herstellungsbelspiel gefertigten Kugelschreibeznlnenspitzen zeigten über die gesamte Sohreiblänge von über 10 000 α sehr gute Sohreibeigensohaften, einen gleichmäßigen Tintenverbrauch, kein zweispuriges Schriftbild, ein angenehmes Schreibgefühl, keine Neigung zum funkten und einen äußerst geringen Verschleiß In der Größenordnung von 5 Mikron auf die gesamte Schreiblänge von 10 000 β.

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Claims (1)

1. Kucelaobreiboieinojiopiteo, beatebond aus einer Xbg§1 au« Konrad, Saphir oder Uolfraokarbid in eine? *e vorderen Sud· offenen eebreoMohtiisen I wolcbe attden aue ein©» Hstcill Bit iwAer und bober Streolcgrenee boertebt und ixamn mim «tiar· aoblcbtifloo» vogsatlat jmelsoliiobtlfee Xe^tr »ti·«·- feiltet let» dadurch atlaintwlo>»6t_t dafl di· ttuflor« Gehiobt (3) dos aebrnobiolitieea iaeer« (3,4) ein· Im Silber* Uiolfiol odar Kupfer eio£ebotiot« Sioporeloeeooblobt iet_t in der dee voraußaw·!» aue Borlourbid oder Siliaiwakarbid t«eteb«Dd« dioporglost· H»t«riJil el» Hurte το» aobv «le 6OO Ιςρ/ββ² Viei»ra-«irto bot» und d»d di· innere der Eog»X (1) 80@oiMiidto Sobiobt (4) «ino Tiok»re-4Iitrt· Ttm veuigo» al» 200 kp/et²

2· lugeloobrelbercünettoyi-Ue naob Anepruob 1_t dedaroU gß3anm»miQhamt_t daß die Dieporoioneeebiobt «is» Hioko Ton S * 20 liikron bot·

3* ^olaoftroiboreineneplta* oacb Aoepruab $ »ad 2» d·- durch ookoQiuMlobsotp deu ie tragendea Seil (3) dee

Labore (3,4) dor Anteil de« diepor-Hoterielo 5 - 50 Yo2^_t Tonugenoieo 10 - 30

ii be trti«t.

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4. Kugelsohreiberminenspitze nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die lagerschale außen aus einer Aluminium-Mehr st off bremse, einer Kupfer-ßinK- oder Eisen-Legierung besteht·

5. Eugelschreibermlnenspitze nach Anspruch 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet_f daß die lagerschale (2) außen aus einer Eapfer-Zink-Legierung mit einem Bleianteil von 2 bis 3 Gew?$ besteht.

6. Verfahren zur Herstellung von H&gelschreibenoinenspit&en nach Anspruch 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet» dad die Dispersionsschicht aus einem galvanischen Bad abgeschieden wird, in dem durch stocks Bewegung und Plotationamittel das disps3?gi@rt@ Material in gleichmäßiger Verteilung gehalten wird_f daß die Eiigelschreiberminenspitzen-Rohlinge in einer !Trommel behandelt werden, durch die die Badflüssigkeit während der galvanischen Abscheidung hindurchgepumpt wird» und daß zur Abscheidung ein alternierender Gleichstrom verwendet wird.

7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet _f daß die kathodische Stromdichte 4-8 A/dm und die anodische Stromdichte 2-6 A/dm² beträgt.

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8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7» dadurch gekennzeichnet, daß die kathodischen Stromimpulse etwa doppelt so lang sind wie die anodischen·

9· Verfahren nach Anspruch 5 hie 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration in der Dispersionsphase etwa 120 g/l beträgt«

10· Verfahren nach Anspruch 5 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß als Teilchengröße für die Dispersions· phase ein Durchmesser 70η 1-5 Mikron gewählt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 5 bis 1O₉ dadurch gekennzeichnet, daß der Verbund zwischen der Lagerschale und den Schichten des mehrschichtigen Lagers durcl*. eine zusätzliche Wärmebehandlung verstärkt wird.

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