DE4412468A1 - Verfahren zur Herstellung von Schreibfedern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her­ stellung von Schreibfedern.

Schreibfedern, wie sie beispielsweise in Füllfederhal­ tern verwendet werden, werden derzeit wie folgt herge­ stellt:
Zunächst wird ein sogenannter Schreibfeder-Rohling dadurch hergestellt, daß die Grundform der Schreibfeder durch einen Stanz- und Biegevorgang erzeugt und an­ schließend das sogenannte Schreibkorn auf die Feder­ spitze aufgeschweißt wird. Der derart hergestellte Schreibfeder-Rohling wird dann in Längsrichtung ge­ schlitzt.

Gemäß dem Stand der Technik erfolgt das "Schließen" des Schlitzes, wodurch erst der "richtige" Tintenfluß zur Federspitze gewährleistet ist, durch mechanisches Zu­ sammenbiegen der beiden Federspitzen in einer geeigne­ ten Presse. Im Anschluß an diesen Herstellungsschritt wird die Schreibfeder geschliffen und poliert sowie gegebenenfalls mit einer "Plattierung" versehen.

Beim Stand der Technik wird demnach die zur Umformung der Schreibfeder erforderliche Kraft durch unmittelbare Einwirkung eines Preßwerkzeugs auf die Feder übertra­ gen. Damit muß für jede Federgeometrie jeweils ein vergleichsweise teures Preßwerkzeug bereit gehalten werden. Ein weiteres Problem bei der Herstellung von Schreibfedern gemäß dem Stand der Technik ist, daß bei der mechanischen Umformung der für das Zusammendrücken der beiden Hälften der Schreibfeder-Spitze erforder­ liche Druck an der richtigen Stelle auf die Feder auf­ gebracht werden muß, um das gewünschte Umformergebnis zu erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Schreibfedern, bei dem ein Schreib­ feder-Rohling hergestellt, in Längsrichtung geschlitzt und anschließend umgeformt wird, derart weiterzubilden, daß Schreibfeder-Rohlinge mit unterschiedlichster Geo­ metrie umgeformt werden können, ohne daß Preßwerkzeuge bereit gehalten werden müßten.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfin­ dung sind Gegenstand der Ansprüche 2 folgende.

Erfindungsgemäß wird der Schreibfeder-Rohling mittels des Strahls eines Lasers umgeformt. Die Umformung von Werkstücken mittels Laserstrahlung ist zwar bereits bekannt, sie ist jedoch bislang nicht für die Herstel­ lung von Schreibfedern in Betracht gezogen worden. Der Grund hierfür dürfte sein, daß die bei der Herstellung von Schreibfedern erforderlichen Umformvorgänge ver­ gleichsweise kompliziert sind, und anderseits Feder­ materialien mit geringer Wandstärke verhältnismäßig großen Umformvorgängen unterworfen werden müssen.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß die nach dem Schlitzen des Rohlings erforderlichen Umformvorgänge teilweise oder vollständig mittels Laserstrahlung aus­ geführt werden können. Damit kann die Umformung ohne formgebendes Werkzeug berührungslos ausgeführt werden. Gleichzeitig wird das Problem der Krafteinleitung an der richtigen Stelle, das bei dem herkömmlichen Her­ stellverfahren besteht, gelöst. Vor allem aber können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durch einfache Anpassung der Verfahrensparameter ohne zusätzliche Werkzeugkosten die unterschiedlichsten Schreibfedern hergestellt werden. Damit ist gemeint, daß zur Anpas­ sung des erfindungsgemäßen Verfahrens an die Herstel­ lung unterschiedlicher Schreibfedern lediglich die Parameter, wie Vorschubgeschwindigkeit, Leistung des Lasers und Verteilung der Leistungsdichte sowie gegebe­ nenfalls Anzahl, Lage und Richtung der Bearbeitungsspu­ ren (vgl. Ansprüche 4 bis 6) geeignet einzustellen sind.

Dabei ist die Reproduzierbarkeit des Verfahrens hoch.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich im Prinzip mit bekannten Laser-Umformvorrichtungen ausführen. Derarti­ ge Vorrichtungen können ohne weiteres in die bekannten Vorrichtungen zur Herstellung von Schreibfedern inte­ griert werden.

Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren sehr wirt­ schaftlich ausgeführt werden.

Im Anspruch 2 ist eine Möglichkeit für die Führung des Laserstrahls angegeben, mit der der Schlitz des Schreibfeder-Rohlings geschlossen wird. Hierzu wird der Rohling im Bereich der aufgebogenen Federflanken mit dem Laserstrahl beaufschlagt. Diese Beaufschlagung erfolgt gemäß Anspruch 4 bevorzugt derart, daß der Laserstrahl in Querrichtung über die ganze Feder ge­ führt wird.

Durch diese Beaufschlagung wird das Material der Schreibfeder derart partiell erwärmt, daß die sich ergebende Plastifizierung des Werkstoffs in Verbindung mit der anschließenden Abkühlung in das umgebende Mate­ rial Eigenspannungen induziert, die die gewünschte Umformung, in diesem Falle das Schließen des Schlitzes im Bereich der Federspitze hervorrufen.

Im Anspruch 3 ist eine Verfahrensführung angegeben, durch die eine Vorspannung im Bereich der Federspitze erzeugt wird. Hierzu wird der Schreibfeder-Rohling im Bereich der Federspitze mit dem Laserstrahl beauf­ schlagt. Diese Beaufschlagung erfolgt ebenfalls gemäß Anspruch 4 bevorzugt derart, daß der Laserstrahl in Querrichtung über die ganze Feder geführt wird.

Die Erzeugung der Eigenspannungen, die die Umformung auslösen, kann präzise kontrolliert werden, wenn der Laserstrahl mehrmals über einen beaufschlagten Bereich geführt wird (Anspruch 5).

Die gezielte Einbringung von Eigenspannungen wird wei­ terhin dadurch erleichtert, daß der Laserstrahl gemäß Anspruch 6 über mehrere in Längsrichtung des Schreib­ feder-Rohlings beabstandete Bereiche geführt wird.

Als Laser können beliebige Laser, wie beispielsweise CO₂-Laser, Diodenlaser oder Excimerlaser verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich aber insbesondere auch mit einem NdYAG-Laser mit niedriger Leistung - gibt typischerweise von einigen Watt - aus­ führen, wie er in einer Reihe von kostengünstigen kom­ merziellen Umformvorrichtungen zu finden ist (Anspruch 7). Oxidationen und Anschmelzungen im Bereich der Wechsel­ wirkungszone Laserstrahl/Material können durch geeignete Schutzgasströme, wie beispielsweise Stick­ stoff vermieden werden.

Bei der Bearbeitung mit NdYAG-Lasern sind keine absorp­ tionssteigernden Deckschichten erforderlich. Bereits wenige Watt Leistung reichen aus, um die Federspitze zu schließen.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den weiteren Vor­ teil, daß das Umformergebnis leicht überwacht werden kann:
Zur Überwachung des Schließens des Schlitzes der Schreibfeder können ein Lichtsender, dessen Licht den Schlitz beaufschlagt, und ein Lichtempfänger vorgesehen sein, der auf der anderen Seite der Schreibfeder ange­ ordnet ist, und der das durch den Schlitz hindurchtre­ tende Licht empfängt (Anspruch 8). Zur Überwachung der Vorspannung der Schreibfeder kann ein Triangulations­ sensor verwendet werden (Anspruch 9).

Selbstverständlich ist es möglich, die in den Ansprü­ chen 8 und 9 gekennzeichneten Überwachungsmethoden miteinander zu kombinieren, so daß der Triangulations­ sensor auch als Lichtsender für die Überwachung des Schließens des Schlitzes dient.

Die Überwachung des Umformergebnisses erlaubt ferner eine on-line-Kontrolle des Herstellungsvorgangs. Hierzu liegt das Ausgangssignal des Lichtempfängers und/oder des Triangulationssensors an einer Steuereinheit an, die den Beaufschlagungs-Bereich auf der Schreibfeder und/oder die Leistung des Laserstrahls steuert.

Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens mit on­ line-Kontrolle des Herstellungsvorgangs sind in den Ansprüchen 12 bis 14 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exempla­ risch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten er­ findungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schreibfeder in perspektivischer Ansicht, bei der die Lage der Bearbeitungsspuren einge­ tragen ist, und

Fig. 2 eine Einrichtung zur on-line-Kontrolle des Herstellungsvorgangs.

Fig. 1 zeigt in ersten perspektivischer Ansicht eine Schreibfeder in einem Bearbeitungszustand, in dem die Spitze der Schreibfeder einen Schlitz S aufweist. Dieser Schlitz S gewährleistet den Tintenfluß von einer Austrittsöffnung A zu der Federspitze. In dem gezeigten Bearbeitungszustand klafft die Federspitze auseinander.

In dem nachfolgenden Bearbeitungsschritt soll die Feder im Bereich des sogenannten Schreibkorns K geschlossen werden.

Hierzu wird erfindungsgemäß der gezeigte Schreibfeder- Rohling mittels des Strahls eines nicht dargestellten Lasers umgeformt. Der Laser kann ein CO₂-Laser, ein Diodenlaser oder ein Excimerlaser, bevorzugt jedoch ein NdYAG-Laser sein.

Um das gewünschte Umformergebnis zu erzielen, ist neben der Wahl der Vorschubgeschwindigkeit und der Leistung des Lasers sowie der Dichteverteilung der Leistung im Strahlfleck die Umformstrategie entscheidend: Hierunter wird die Wahl der Zahl, der Lage und der Richtung der Bearbeitungsspuren, d. h. der Bahnen, auf denen der Laserstrahl über das Werkstück bewegt wird, verstanden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Umfor­ mung bevorzugt mittels einer Vorschubbearbeitung senk­ recht zum Tintenkanal. Alternativ ist jedoch auch eine linien- oder punktförmige Bestrahlung einzelner Bereiche möglich. Bei dem in Fig. 1 veranschaulichten Verfahren wird der (nicht gezeigte) Laserstrahl einfach oder mehrfach über die eingezeichneten Bereiche 3 bis 6 geführt, die nachstehend noch im einzelnen erläutert werden. Der Temperatur-Zeit-Zyklus der bearbeiteten Bereiche in Verbindung mit einer Fließbehinderung durch das umgebende nicht erwärmte Material führt zu einer lokalen Plastifizierung des erwärmten Materials. Nach der Bearbeitung liegen an der dem Laserstrahl zugewand­ ten Seite Zugeigenspannungen in Längs-und insbesondere in Querrichtung vor. Die Eigenspannungen in Querrich­ tung führen zu einem Aufbiegen der Federspitze 1 ent­ sprechend dem dargestellten Biegemoment Mb.

Insbesondere führt die Bearbeitung der Schreibfeder im Bereich der Bearbeitungsspuren 4 bis 6 zu einer konti­ nuierlichen Krümmung der Federspitze. Hierdurch kann die Schreibfeder für den späteren Schreibgebrauch vor­ gespannt werden. Ein Schließen der Federspitze erfolgt jedoch nicht.

Erfindungsgemäß ist nun erkannt worden, daß beim Umfor­ men einer Schreibfeder mittels Laserstrahlung ein Schließen der Federspitze 1 nur dann erreicht wird, wenn die Bearbeitungsspur, d. h. die Überfahrt über die Schreibfeder in Querrichtung im Bereich der aufgeboge­ nen Federflanken erfolgt. Ein Beispiel für eine derar­ tige Bearbeitungsspur ist die Spur 3. Ebenso wie bei den Bearbeitungsspuren 4 bis 6 biegt sich die Feder­ spitze entsprechend dem dargestellten Biegemoment dem Laserstrahl entgegen. Zusätzlich werden in den Seiten­ flanken Quereigenspannungen induziert, die ein weiteres Biegemoment Mbquer erzeugen. Dieses Biegemoment be­ wirkt, daß sich die Federspitze schließt. Damit sind verschiedene Verfahrensführungen möglich:

• 1. Bestrahlungsvorgänge im Bereich der Federspitze führen zu einer Krümmung der Feder in Richtung des Laserstrahls. Derartige Bestrahlungsvorgänge können dazu genutzt werden, um Schreibfedern vorzuspannen.
• 2. Bestrahlungsvorgänge ausschließlich im Bereich der aufgebogenen Federflanken führen zu Querkräften bzw. -spannungen, die die Feder im Bereich der Federspitze schließen.
• 3. Die unter 1. und 2. genannten Bearbeitungsvorgänge können auch kombiniert zum gleichzeitigen Vorspannen und Schließen der Federspitze eingesetzt werden.

Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit zur on-line-Kontrolle und Qualitätssicherung beim Biegen von Schreibfedern. Ein Sender, beispielsweise eine Laserdiode strahlt im Be­ reich der Federspitze durch den Tintenkanal auf einen gegenüberliegenden Empfänger, der beispielsweise ein CCD-Array sein kann. Die Bearbeitung erfolgt solange, bis der Empfänger kein Signal mehr detektiert. Dies bedeutet, daß der Tintenkanal geschlossen ist.

Mit dieser Anordnung ist eine Regelung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens möglich.

Wird anstelle eines einfachen Senders ein konventionel­ ler Triangulationssensor insbesondere mit linearem Weg- Ausgangsspannungs-Verhalten verwendet, so kann gleich­ zeitig die Krümmung der Feder und damit der Grad der Vorspannung aufgezeichnet und geregelt werden.

Claims (14)

1. Verfahren zur Herstellung von Schreibfedern, bei dem ein Schreibfeder-Rohling hergestellt, in Längsrich­ tung geschlitzt und anschließend umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreibfeder-Rohling mittels des Strahls eines Lasers umgeformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schließen des Schlitzes der Schreibfeder-Rohling im Bereich der aufgebogenen Federflanken mit dem Laserstrahl beaufschlagt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Vor­ spannung im Bereich der Federspitze der Schreibfeder- Rohling im Bereich der Federspitze mit dem Laserstrahl beaufschlagt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl in Quer­ richtung über die Feder geführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl mehrmals über einen beaufschlagten Bereich geführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl über mehre­ re in Längsrichtung des Schreibfeder-Rohlings beabstan­ dete Bereiche geführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Laser ein NdYAG-Laser verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung des Schlie­ ßens des Schlitzes der Schreibfeder ein Lichtsender, dessen Licht den Schlitz beaufschlagt, und ein Lichtem­ pfänger vorgesehen sind, der auf der anderen Seite der Schreibfeder angeordnet ist, und der das durch den Schlitz hindurchtretende Licht empfängt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Vor­ spannung der Schreibfeder ein Triangulationssensor verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Triangulationssensor auch als Lichtsender für die Überwachung des Schließens des Schlitzes dient.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Lichtempfängers und/oder des Triangulationssensors an einer Steuereinheit anliegt, die den Beaufschlagungs­ bereich auf der Schreibfeder und/oder die Leistung des Laserstrahls steuert.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 11, mit

• - wenigstens einem Laser, dessen Strahl eine Licht- Führungseinrichtung auf den zu bestrahlenden Bereich der Schreibfeder richtet,
• - einer Steuereinheit, die den Laser und die Licht- Führungseinrichtung steuert, und
• - wenigstens einem Lichtsender und wenigstens einem Lichtempfänger, dessen Ausgangssignal zur Überwachung des Umformergebnisses an die Steuereinheit angelegt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfänger das durch den Schlitz der Schreibfeder hindurch tretende Licht empfängt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender und der Lichtempfänger als Triangulationssensor arbeiten.