DE940872C - Kugelschreiber sowie Verfahren zu dessen Zusammenbau und Herstellung - Google Patents

Description

Gegenstand des Hauptpatents 894064 ist ein Kugelschreiber mit einer zur Kugelführung dienenden Zwingenhülse und einem mit Durchlässen für die Farbpaste bzw. Tinte versehenen, geschliffenen und hochpolierten Kugelstützkörper. Durch besondere Werkstoffauswahl, Oberflächenbearbeitung und Oberflächenvergütung erreicht man, daß der Reibungskoeffizient der Kugel gegenüber der Stützfläche am Kugelstützkörper immer geringer ist als der Reibungskoeffizient der Kugel gegenüber der zu beschriftenden' Papierfläche.

Gemäß der Erfindung werden nun Verbesserungen in bezug auf die Präzision der Einzelteile, hinsichtlich des Zusammenbaus und der Herstellung herbeigeführt.

Es wurde durch eingehende Versuche festgestellt, daß es nicht genügt, eine konische Zwingenhülse zu verwenden, die eine an ihrer Oberfläche etwas aufgerauhte Kugel einschließt,, für die am Stützkörper ein ausgehöhlter Sitz von halbsphärischer konkaver Form vorgesehen ist, wobei für den Stützkörper ein Werkstoff dient, der sehr hart und sehr gut poliert ist. Es ist vielmehr notwendig, für die Ausmaße, Radien und Krümmungen der Einsatzteile besondere Verhältnisse einzuhalten. Die Oberflächengestaltung der aufeinandergleitenden

Teile ist von Bedeutung für die Gebrauchseignung des Kugelschreibers.

Gemäß der Erfindung ist die Differenz der Radien der sphärischen Gleitfläche des Kugelstützkörpers S und der Kugel bei einem Kugeldurchmesser von ι mm 15 Mikron sowie ferner der Abstand von auf der Kugelfläche vorgesehenen riefenartigen Unebenheiten 0,5 bis 1,2 Mikron. Auf diese Weise wird der starke Druck, der sich beim normalen Gebrauch des Kugelschreibers schräg auf die Kugel auswirkt, auf eine sehr große Anzahl von ieinen, durch mikroskopisch kleine Hohlräume getrennte Unebenheiten aufgeteilt, in welche die Spezialtinte eindringen kann.

Bezüglich des Kugelsitzes konnten sich bei den bisher bekannten Kugelschreibern Ungenauigkeiten ergeben, da man die Fassung der Kugel durch Verformung des die Kugel aufnehmenden konischen Teils des Kugelschreibers, also der Zwingenhülse, bewirkte. Diese Art der Kugelfassung erfordert eine außergewöhnliche handwerkliche Geschicklichkeit, und der für die Zwingenhülse verwendete Werkstoff muß immer gleichartig sein. Nach der Erfindung werden die zur Aufnahme und Stützung der Kugel vorgesehenen Teile des Kugelschreibers vor. ihrem Zusammenfügen nach Präzisionsmaßen fertigbearbertet. Dadurch kann nunmehr im voraus der Spielraum der Kugel im Konus der Zwingenhülse und gegenüber der Stützfläche genauestens reguliert werden. Die feinen Unebenheiten auf der Oberfläche der Kugeln, die aus Stahl, Stein bzw. Achat bestehen können, werden nach der Erfindung dadurch geschaffen^ daß man die Polierung nicht ganz zu Ende führt, oder indem man die Kugeln zwischen zwei mit Diamantstaub bzw. -puder bedeckten Platten rollend bewegt.

Erfindungsgemäß werden die aus einer Tinte zuführenden Anschlaghülse, dem Kugelstützkörper mit Kugel sowie aus der diese umfassenden Zwingenhülse bestehenden Einzelteile unter Druckeinwirkung in ein die Kugelschreiberspitze bildendes und auf einem Automaten ursprünglich zylindrisch, gedrehtes Kopfstück eingeschoben, dessen äußere konische Formgebung nachträglich erfolgt. Für das Eindrücken der Teile ist ein Druckstempel vorgesehen, der in Richtung "auf einen kugelseitig angeordneten Gegendruckstempel wirkt, der federnd nachgiebig ist und dessen Bewegung durch ein mit ihm in Verbindung stehendes Meßinstrument kontrollierbar ist.

Weitere Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.

Der Erfindungsgegenstand und teilweise die zu seiner Herstellung zur Verwendung kommenden Verfahrensmitted sind in der Zeichnung im wesentlichen schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. ι den Längsschnitt durch eine Kugelschreiberspitze bei Gebrauchsstellung in vergrößertem Maßstab,

Fig. 2 und 3 im Längsschnitt einer Kugelschreiberspitze zwei Phasen des Zusammenbaus der Einzelteile unter Druckeinwirkung, Fig. 4 den Längsschnitt durch eine gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 etwas geänderte Kugelschreiberspitze,

Fig. 5 einen Querschnitt nach Linie x-y der

Fig· 4,

Fig. 6 den Längsschnitt einer geänderten Ausführungsform einer Kugelschreiberspitze in vergrößertem Maßstab,

Fig. 7 einen Längsschnitt durch die Kugelschreiber-Einsatzteile in Verbindung mit einer Doppelstempel-Einrichtung für den Zusammenbau bei Beginn der Einpreßbewegüng,

Fig. 8 einen Längsschnitt durch die zusammengefügten Kugelschreibereinzelteile nach Beendigung des Einpreß-Vorgangs,

Fig. 9 in vergrößertem Maßstab den Längsschnitt durch eine Kugelschreiberspitze mit hülsenförmigem Kugelstützkörper und Fig.. 10 einen Querschnitt nach Linie x'-y' der

Fig· 9·

Der Zwingenhülsen-Konus 1 des Kugelschreibers, der in dem Mantelteil 6 steckt, nimmt unmittelbar über die in seiner Bohrung 'd₃ sitzende Zwingenhülse 4 die Kugel 2 auf, welche auf dem Kugelstützkörper 3 gleitet, der zum Zweck der Tintenzuführung in Achsrichtung durchbohrt ist und sich gegen eine ebenfalls als Tintenzuführung dienende Anschlaghülse 5 anlegt.

Die Teile 1, 4 und 5 sind feste Drehkörper, die durch Zusammenpressen in genauer Zentrierung vereinigt werden können.

Der mit einer den vom Mittelpunkt O₂ ausgehende Radius r_s (Fig. 6) aufweisenden sphärischen Kugel-Sitzfläche versehene Kugelstützkörper 3, der aus einem ähnlichen Material bestehen kann, wie es für Achsbuchsen von Uhrwerken und Elektrizitätszählern verwendet wird, ist mit einer Bohrung ver- sehen, deren in der Gleitfläche ausmündender Rand etwas ausgeweitet ist, um den von der Kapillarbohrung E ausgehenden Tintendurchfluß zu be- > günstigen. Die Stirnfläche des Kugelstützkörpers ist konkav sphärisch gestaltet. X05

Wenn der Radius τ der Kugel 2 z. B. 0,5 mm beträgt, so erhält der Radius r_s der Stützfläche ein Maß von 0,515 mm. Die sich ergebende seitliche zylindrische und kreisringförmige Oberfläche des Kugelstützkörpers 3 hat einen etwas größeren Durchmesser als die Kugel 2. Bei einem Kugeldurchmesser von beispielsweise r mm beträgt der Außendurchmesser des Kugelstützkörpers 3. etwa 1,01 mm.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, fällt dieser Außendurchmesser des Kugelstützkörpers 3 mit dem Außendurchmesser ^₁ der Anschlaghülse 5 sowie mit dem Durchmesser der Bohrung der Zwingenhülse 4 zusammen.

Der Kugelstützkörper 3 mit· dem Radiusmittel- iao punkt O₂ (Fig. 6) ist vorzugsweise mit einer Bohrung versehen, deren Durchmesser gleich oder kleiner ist als der halbe Durchmesser der Kugel 2. Beispielsweise ist die Größenordnung dieser Tintendurchlaßbohrung 0,42 mm. Wie eingangs bereits erwähnt wurde, weist die Oberfläche der Kugel

Unebenheiten in Form feinster Riefen auf, und der beim Schreiben ausgeübte Gesamtdruck verteilt sich so auf eine Oberfläche von verhältnismäßig bedeutendem Ausmaß. Die gebildeten feinen Hohlräume erleichtern die Tintenzuführung, und das Anhaften der Kugel gegen die Schreibfläche wird begünstigt.

Pur die Zwingenhülse 4 ist ein sehr dehnbarer Werkstoff von hoher Festigkeit vorgesehen, und zwar beispielsweise Messing von bester Qualität. Die hintereinanderliegenden Bohrungen der Teile 3, 5 und ι sind im Durchmesser abgestuft und vergrößern sich nach innen hin.

Wenn der Kugelschreiber schräg gehalten wird und man ihn in Richtung f_t (Fig. 1) bewegt, wird die Kugel 2 gegen die Papierfläche MiV gedruckt und verlagert sich in der Weise, daß sie sich gegen die konkave sphärische Umfangsfläche der Aushöhlung des Kugelstützkörpers 3 anlegt. Die Kräfte F, die beim Gebrauch des Kugelschreibers auftreten und einerseits auf die Papierfläche, andererseits auf den Kugelstützkörper wirken, heben einander auf.

Die Bewegung der Kugel 2 mit dem Radius r hängt von den an den Scheitelpunkten der Kugel wirkenden Tangentialkräften ab, deren Momente in bezug auf den sich — wie Fig. 6 zeigt — beim Schreibvorgang nach O₁ verlagernden Mittelpunkt O (Fig. 1) der Kugel sich wie folgt verhalten bzw. auswirken: einerseits C₁- F · r, wobei C₁ den Reibungskoeffizienten der mit Tinte befeuchteten Kugel auf der Gleitfläche des vollkommen polierten Kugelsitzes am Kugelstützkörper 3 darstellt, und andererseits C₂ · F · r, wobei C₂ den Reibungskoeffizienten der mit Tinte befeuchteten Kugel auf der Papierbahn MN bedeutet, in welche die feinen Unebenheiten der Kugeloberfläche eindringen.

Damit die Kugel sich drehen und die viskose Tinte verteilen kann, muß füglich der Reibungskoeffizient C₂ größer sein als der Reibungskoeffizient C₁. Der Zustand der aufeinandergleitenden Oberflächen sowie die Eigenart der zur Verwendung kommenden Tinte sind also für die Funktion des Kugelschreibers von wesentlicher Bedeutung. Der notwendige Unterschied der Reibungskoeffizienten kann dadurch erreicht werden, daß man für den Kugelstützkörper 3 einen außerordentlich harten Werkstoff wählt und die Sitzfläche so poliert, daß- ein gegenüber der Kugel feineres kristallinisches Netzwerk entsteht.

Wie aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, die den Zusammenbau erläutern, wird der Zwingenhülsen-Konus ι zunächst als zylindrisches Automatendrehstück verwendet, damit das Zusammenfügen der Teile 1, 2, 3 und 5 mit Hilfe einer Presse erleichtert wird. Man bearbeitet die Zwingenhülse 4 zunächst in der aus der Fig. 2 erkennbaren Form und vollendet die Bearbeitung nach dem Zusammenfügen entsprechend den gestrichelten Konuslinien s-s' bzw. t-t' der Fig. 3. Der Kugel-Längsspielraum wird dadurch, geregelt,. indem man die Zwingenhülse 4 mehr oder weniger zwischen den Teilen 1 und s hineindrückt. Hierbei sieht man die Länge der Zwingenhülse 4 genügend gering vor, um den Spielraum der Kugel 2 in ihrem Gehäuse nach Wahl regulieren zu können.

Beim Eindrücken des Kugelstützkörpers 3 und der anderen Einzelteile bedient man sich einer im Hauptpatent näher erläuterten und mit einem an sich bekannten pneumatischen Meßgerät verbündenen Presse mit Differentialbewegung. Beim Eintreiben der Zwingenhülse-4 drückt man diese, nachdem man die Kugel 2 auf ihren Sitz gebracht hat, mit geringer Geschwindigkeit unter mäßigem Druck in den Konus 1 unter Beobachtung der Meßgeräte. Die Pressenbewegung wird gestoppt) sobald man an den Eichungsmarken des Meßgerätes erkennt, daß der richtige, einem Prototyp-Konus entsprechende Spielraum erzielt worden ist. In Berücksichtigung kleiner Längenunterschiede der zusammenzufügenden 'Teile ist ein Abstand; zwischen dem rückwärtigen Ende der Zwingenhülse 4 und einem Ansatz der Anschlaghülse 5 vorgesehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 hat der Kugelstützkörper 3 aus Stein, der ungefähr der Achsbuchse bei einem Elektrizitätszähler ehtspricht und ungebohrt ist, an seiner dem Kugeldurchmesser entsprechenden Umfangsfläche mit einer Ausnehmung^ für den Tintendurchlaß. Anschluß an eine Ausnehmung e_t in der Anschlaghülse 5'. Der Kugel-Stützkörper 3 ist in eine zentrale Ausdrehung am vorderen Ende dieser Anschlaghülse 5' eingetrieben. Die Tinte gelangt in den ringförmigen Hohlraum e₃, der die Kugel 2 nahe ihrer Mittenebene umgibt.

Für die Kugel wird an sich vorzugsweise -ein homogenes Material in Frage kommen. Es ist jedoch auch denkbar, sehr feine geeignete Pulver unter hohem Druck.zu komprimieren und dabei auf der Oberfläche sehr feine und harte, aber poröse Mosaikgebilde zu schaffen. Eine derartige Pulverpraß-Schicht könnte auch auf Kugeln von homogenem Material aufgebracht werden, um deren Oberfläche zu inkrustieren. Schließlich ist es denkbar, Kugeln zu verwenden, die aus einer im elektrolytischen Verfahren gehärteten Aluminiumlegierung bestehen.

In der vergrößerten Darstellung nach Fig. 6 sind die vorhandenen Spielräume und Unebenheiten übertrieben angegeben, um sie besser veranschaulichen zu können. Der Pfeil / zeigt die Drehrichtung der Kugel 2, und die Pfeile /₂ und /₃ geben die Bewegungsrichtung der viskosen Tinte an. Im Bereich des Querschnitts p-q ragt die Kugel aus der Konuszwinge 4 heraus ins Freie, und zwar um das Maß b. Der Durchmesser d₂ der Konuszwingenöffnung ist etwas geringer als der Durchmesser 2_r der Kugel. Das Maß b soll sich zu dem Durchmesser der Kugel etwa verhalten wie 0,3 bis 0,4:1. Fig. 7 zeigt den zum Zweck der Teilemontage eingespannten und zunächst zylindrischen Konusteil 12, in welchen man die Kugel 2, den Kugelstützkörper 3 und die Anschlaghülse 11 eingesetzt hat. Der Preßkolben P drückt in Richtung f_i gegen die Anschlaghülse 11 und führt dabei die Kugel 2 an den Tastkolben T, der gegen die Stützfeder /_s auf ruht. Der Tastkolben T steht mit einer nicht

dargestellten Meßeinrichtung in Verbindung, so daß beim langsamen Vorschieben des Kolbens P das Maß b der ins Freie herausragenden Kugelkuppe jeweils genau festgestellt werden kann. Nach Beendigung des Montagevorgangs wird der durch die in· den Fig. 3, 8 und 9 eingezeichneten Linien s-t bzw. s'-t' gekennzeichnete Konus fertigbearbeitet, wobei die in gestrichelten Linien angedeuteten Materialteile fortfallen.

Die Stillegung der Druckpresse kann auch in der Weise automatisch vorgesehen werden, daß der Taststempel T nach einem Hub b in Richtung /₄ auf einen Kontaktdetektor und auf einen Übertrager wirkt, wobei die Presse ausgeschaltet wird. Sicheres und präzises Arbeiten gewährleistet eine elektronische Vorrichtung mit Verstärker, gegebenenfalls ein photoelektrisches Relais.

Um die Haftung der «ingesetzten Teile in der Konuszwinge zu verstärken, kann man Bindemittel in die aus Fig. 8 ersichtlichen Eindrehungen g einbringen oder in einer Fräsrinne f_{ eine Lötung vorsehen.

Die Teile 3 und 11, also der Kugelsiützkörper und dessen Anschlaghülse, können auch einstückig ausgeführt werden. In diesem Fall ist eine sorgfältige Materialauswahl bzw. Materialhehandlung notwendig, um an der Sitzfläche der Kugel die erforderlichen Materialeigenschaften zu erhalten.

Wie aus dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 ersichtlich ist, kann der Konusteil 12 ein Automatendrehteil sein, in dessen Schaftteil 12' ein langer röhrenförmiger Kugelstützkörper 4' eingeschoben ist. -Das Ende des Teiles 4' nimmt den Kugelsitz 3 auf und besitzt Ausnehmungen für den Tintendurchlauf. Zur Halterung des Teiles 4' dient eine Klemmschraube 13. -Auch diese Ausführungsform edaubt wie diejenige nach Fig. S eine leichte Demontage .der Einzelteile, wenn Reparaturen durchgeführt werden sollen.

Claims (7)

1. PaT-ENTAN SPRUCH E:

   i. Kugelschreiber mit einer zur Kugelführung dienenden Zwingenhülse und einem mit Durchlassen für den Füllgutstrom versehenen Kugelstützkörper nach Patent 894 064, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Radien der sphärischen Gleitfläche des Kugelstützkörpers (3) und der Kugel (2) bei einem Kugeldurchmesser von 1 mm etwa 15 Mikron sowie ferner der Abstand der auf der Kugelfläche vorgesehenen riefenai-tigen Unebenheiten 0,5 bis 1,2 Mikron beträgt.
2. 2. Kugelschreiber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelstützkörper (3) mit einer Bohrung versehen ist, deren Durchmesser gleich oder kleiner ist als der halbe Durchmesser der Kugel (2).
3. 3. Kugelschreiber nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelstützkörper (3) ungebohrt ist und an seiner dem Kugeldurchmesser entsprechenden Umfangsfläche mit einer Ausnehmung (e₂) versehen ist, die mit einer Ausnehmung (e_t) in der Anschlaghülse (5') in Verbindung steht.
4. 4. Verfahren zur Herstellung eines Kugelschreibers nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß seine zur Aufnahme und Abstützung der Kugel vorgesehenen Teile vor ihrem Zusammenfügen nach Präzisionsmaßen fertigbearbeitet werden.
5. • 5. Verfahren zur Herstellung eines Kugelschreibers nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die feinen Unebenheiten auf der Oberfläche der aus Stahl, Stein oder Achat bestehenden Kugeln geschaffen werden, _Λ indem man die Kugeln zwischen mit Diamantpuder bedeckten Platten rollend bewegt.
6. 6. Verfahren zur Herstellung eines Kugelschreibers nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer Tinte zuführenden Anschlaghülse (5), dem Kugelstützkörper (3) mit Kugel (2) sowie aus der diese Kugel umfassenden Zwingenhülse (4) bestehenden Einzelteile unter Druckeinwirkung in ein die Kugelschreiberspitze bildendes, ursprünglich als Automatendrehstück zylindrisches Kopfstück (1) eingeschoben werden, dessen äußere konische Formgebung nachträglich erfolgt.
7. 7. Verfahren zur Herstellung eines Kugel-Schreibers' nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Eintreiben der Einzelteile durch einen Preß-Stempel (P) erfolgt, der

   in Richtung auf einen kugelseftig vorgesehenen, federnd nachgiebigen Taststempel (T) wirkt, dessen Bewegung durch ein Meßgerät kontrollierbar ist.

   . Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 387352; schweizerische Patentschrift Nr. 195 355; französische Patentschriften Nr. 743 853,80p 851,

   33i

   USA.-Patentschriften N.r, 1 527 971, 2 107 424, 405 381, 2 416 145.

   Hie/zu 2 Blatt Zeichnungen

   © 509 683 3.56