EP0656835A1 - Formkörper mit axial verlaufenden kanälen und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Formkörper mit axial verlaufenden kanälen und verfahren zu deren herstellung

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Publication number
EP0656835A1
EP0656835A1 EP94916874A EP94916874A EP0656835A1 EP 0656835 A1 EP0656835 A1 EP 0656835A1 EP 94916874 A EP94916874 A EP 94916874A EP 94916874 A EP94916874 A EP 94916874A EP 0656835 A1 EP0656835 A1 EP 0656835A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
inserts
shaped body
cladding tube
profile
body according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP94916874A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Klein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JS Staedtler GmbH and Co KG
Original Assignee
JS Staedtler GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JS Staedtler GmbH and Co KG filed Critical JS Staedtler GmbH and Co KG
Publication of EP0656835A1 publication Critical patent/EP0656835A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B43—WRITING OR DRAWING IMPLEMENTS; BUREAU ACCESSORIES
    • B43K—IMPLEMENTS FOR WRITING OR DRAWING
    • B43K1/00—Nibs; Writing-points
    • B43K1/06—Tubular writing-points

Definitions

  • the invention relates to moldings with axially extending channels, the channels being formed by inserts which are encased by a cladding tube, and to processes for their production.
  • Shaped bodies of this type and processes for their production are known.
  • DE-PS 1 303 555, DE-GM 1 954 340, DE-OS 35 38 653 and DE-OS 1 925 385 show shaped bodies which are used as writing wicks
  • Writing tips, applicators or drawing tips are formed and consist of a bundle of plastic tubes which are pressed together or glued together.
  • an applicator can also consist of a
  • Elevations and depressions provided foil tape are wound, whereby axially extending, continuous
  • the tubes can have a round or polygonal cross-section, be pressed as a strand and reduced in diameter by pulling and brought to their final diameter. Then they should be bundled and glued together in the bundle and hardened.
  • a major disadvantage of such molded articles is that they do not have a very abrasion-resistant surface and are therefore subject to relatively high wear.
  • Metal strips or wires are formed and their tips if necessary, can also be compressed by forming or brought to the final diameter.
  • the capillary feed channels are formed here by the spacing of the wires or strips pressed together and are therefore very difficult to clearly define and determine in terms of size.
  • the individual wires or strips can and should move slightly against each other when writing, so that these tips are often inherently unstable.
  • shaped bodies or writing tips are known which are composed of profiled bars and are encased by a cladding tube.
  • the profile bars here have axial grooves, webs or other profiles which, when assembled, possibly together with the inner surface of the cladding tube, form the capillary grooves.
  • a writing tip known from EP 0518 708 AI should consist in one piece of abrasion-resistant material, for example of metal, and have axial and transverse channels for generating a good ink flow.
  • the object of the invention is to provide moldings which do not have the disadvantages mentioned above and which are in particular very abrasion-resistant and therefore do not or only slightly wear out, which have high stability against lateral pressure and whose capillary channels are relatively uniform and uniform and arbitrarily fine are producible.
  • shaped bodies are used as application elements in writing, drawing, painting or marking devices, long-term products with good writing properties are to be created for different applications.
  • a method for the production of such shaped bodies is to be demonstrated, with the aid of which shaped bodies made of metal can be inexpensively provided with a large number of fine bores in the capillary area.
  • the shaped bodies according to the invention can be designed as desired and can be used for different applications.
  • molded articles with axially extending capillary channels in which the channels are inserted are formed and which are comprised of a cladding tube, the inserts and the cladding tube are made of deformable and possibly hardenable metal, the inserts are formed as wires, sheathed wires, tubes or profile bodies, inserted into the cladding tube and connected to it and to one another in an axially fixed manner, in particular be pressed, welded or soldered and the profile of the molded body and / or the diameter of the channels can be reduced by reshaping.
  • the cladding tube or the inserts or their wire shells and the cladding tube should form a matrix, preferably a metal matrix.
  • the shaping should take place or have been carried out by reducing pressing, by upsetting or by pulling, preferably by extrusion or by extrusion.
  • Shaped bodies according to the invention can be designed, for example, as writing wicks, as writing tips, as ballpoint pen tips with a ball bed or also as a filter or sieve, or as a nozzle or aerator, the inserts having freely selectable cross-sectional shapes before welding or before forming, grooves, webs or contours and / or have dimensions that form capillary channels after forming and / or after welding.
  • Sheathed wires whose wire shells and cores consist of different materials and whose sheathed cores are or have been removed after the shaping can also advantageously be used as inserts.
  • the inserts and the cladding tube are firmly connected or fused together during the U-shaping by diffusion welding or by soldering and can be provided with a solder coating to improve the connection before welding or fusing.
  • At least two inserts should be contained in the cladding tube, with each axially extending channel consisting of grooves or Contours of at least two inserts are formed if the inserts used are not simple pipes or sheathed wires, but rather profiled bodies, such as profiled bars or profiled tubes.
  • the outer profile of all the composite profile bodies should advantageously correspond to the inner profile of the cladding tube, in which they are inserted, in terms of shape and size before the forming, since it has been shown that a particularly good connection of all parts then takes place and that this also results in relatively smooth and uniform capillary channels are created.
  • the inserts for the production of moldings according to the invention are first to be designed or manufactured as wires, sheathed wires, tubes or profiled bars. After insertion into the cladding tube, they are reduced in diameter together with the latter and with one another by reshaping, preferably by reducing compression, by upsetting or by pulling, in particular by extrusion or by extrusion, and if necessary the profile is changed. At the same time, the capillary channels are reduced and, if necessary, their profiles are changed. In addition, all parts are firmly connected to each other or pressed, welded or soldered.
  • the respective wall thicknesses of the cladding tube and the inserts are calculated from the degree or extent of the reduction in the external dimensions, from the number of inserts and from the desired diameter dimension of the capillary channels. Conversely, given the wall thickness and capillary channel dimensions and number, the original dimensions and the degree of reduction are to be determined.
  • the inserts with each other and together with the cladding tube are through during or after the forming
  • Fig.l a) a molded body with inserted tubes in cross-section in an already pressed version
  • Fig.l b the molded body according to Fig.l a) unpressed, in a perspective view
  • FIG. 13 a) to e) individual parts and forming stages of molded articles according to the invention
  • FIG. 14 a) to d) cross sections of the capillary channels through a molded body in different deformation or reduction stages
  • Fig. 15 a) and b) a longitudinal section through a shaped body as a writing tip with a ball bed, for a ballpoint pen and a top view thereof
  • Fig.17 a molded body according to the invention with ductile
  • Fig. 18 another molded body according to the invention with a ductile coating as a writing tip
  • Fig. 19 a molded body with an interchangeable coating as a aerator
  • Fig.20 another molded body without a coating as a nozzle
  • Fig. 21 a writing instrument with a molded body according to the invention as a writing tip
  • Fig. 22 a partial section of a writing instrument with a molded body used as an end plug or as a filter.
  • the shaped body 1 shown in FIG. 1 and b) with seven tubes 34 inserted as inserts 3 is shown in cross-section (Fig. A) in an already compressed version and uncompressed in a perspective representation (according to Fig. B) in which the cladding tube 2 has not yet completely received the pipes 34.
  • the compressed tubes 34 are practically hexagonally deformed and accordingly have profiled capillary channels 44. 2 a) and b), a molded body 1 according to the invention is produced with solid wires 31 inserted into the cladding tube 2, the wires 31 forming capillary channels 44 between them.
  • the capillary channels 44 remain relatively uniform and true to shape even after the shaping, since the cores 32 'arranged in the wire sheaths 32' "Counteract excessive deformation.
  • the cores 32 must be removed after the deformation. Depending on the core material, this can be done chemically, for example by etching out or mechanically.
  • the still unpressed molded body variant shown in FIG. 4 a to e) has a plurality of round profiled tubes 33 ′ ′′, which are inserted into one another as inserts 3 and are provided with grooves 41, which, in the assembled state, result in the capillary channels 44 in the cladding tube 2 after the shaping.
  • Figures 6 a) to 8 c) show as inserts 3 'composite profile body 33 in cross-section, bundled ready for use and inserted into the cladding tube 2, but still unpressed, Figures 8 a) to c) of several different geometrical and cross-sectional shapes Show profile bodies 33 or composite profile bars 33 'by way of example.
  • the corresponding cladding tubes (2) would also correspond in profile to the square or hexagonal cross sections. Two coming together molded grooves 41 of two profile bars 33 'form the basic shape and initial dimension of the capillary channels formed after the shaping.
  • the inserts 3 'or the profile body 33 are to be adapted to the inner contour of the respective cladding tube 2 in order to obtain as uniform and smooth capillary channels as possible and to optimally connect or weld all the individual parts.
  • the profiled bars 33 ′′ (according to FIG. 9) or the tubes 34 ′ according to FIG. 10 can have different geometrical or cross-sectional shapes or contours, as a result of which different ones Cross sections, arrangements and shapes of the capillary channels result.
  • FIGS. 11 a) to 12 i) show different possibilities of arranging the capillary channels 44 in the cladding tubes 2 of the shaped bodies 1 (FIGS. 11 and 12) and in FIG. 12 different geometrical and cross-sectional shapes of the shaped bodies 1 themselves.
  • FIG. 13 shows the individual parts (a + b) and the shaping stages (c to e) of molded articles according to the invention in FIGS. A) to e), here the cladding tube 2 (FIG. 13a), 19 pieces of tubes 34, initially loose (in 13b), then in the unpressed state (FIG. 13c), and in two reduction stages (according to FIGS. 13d and 13e) are shown.
  • FIG. 14 a) to d) shows the change in the cross sections of the tubes 34 and thus also the cross sections of the capillary channels 44, 44 'of a shaped body 1 in different stages of deformation or reduction. It is formed when the cladding tube 2 and the inserted ones are formed Tubes 34 new tube geometries that leave the existing spaces 23, depending on the degree of deformation, open as capillary channels 44 '(Fig. 14e) or practically completely fill and close (Fig. I4d).
  • FIGS. 15 a) to 16 b) show shaped bodies 1 which are designed as writing tips 12 for ballpoint pens and are each provided with a ball bed 13, the capillary channels 44 and possibly larger paste channels 46 made from smaller and larger tubes or, according to FIG be formed from profile bars.
  • the body of the writing nibs 12 can at the same time be the cladding tube 2 (FIG. 16) if this is possible due to the required dimensions and other conditions. Otherwise, a cladding tube 2 is additionally used, which is then inserted into the writing tip 12 and pressed, welded or otherwise firmly connected to it (FIG. 15).
  • an ink ballpoint pen is shown with different capillary channels 44, 44 'formed from tubes 34, which according to.
  • the tubes 16 are formed from the bores of the tubes 34 provided here with different diameters on the one hand and from incompletely closed intermediate spaces (23) between the tubes 34 on the other hand.
  • the tubes 34 have larger diameters in the center and smaller diameters in the outer area, in order to achieve different capillary zones within the ink supply and in the ball bed.
  • a molded body according to the invention is provided with a ductile, ie deformable, coating 5, 5 ′ which is flexible when used, which likewise has capillary pores or open channels and, if appropriate, also can be retrofitted or interchangeably designed and arranged.
  • the molded bodies 1 according to FIGS. 19 and 20 represent a perlator 16 (in FIG. 19) designed as an interchangeable insert and a nozzle 15 (in FIG. 20), in both cases the delivery medium under pressure through the, preferably from profile tubes or formed from profile bars, outlet channels 45, 45 'can be pressed.
  • Nozzles of this type can be used, for example, as ink jet nozzles, as well as injection or inlet nozzles in engines or motor vehicles or in other fields of application in which relatively wear-resistant dispensing or application elements are required.
  • such nozzles can be designed as "very fine nozzles" and can be used with or without electronic components.
  • the writing instrument shown in FIG. 21 has a shaped body 1 according to the invention as a writing tip 12 ', which is inserted into a tank 7 which holds the writing means.
  • the tank 7 here is a converter provided with a filling device 8 and can also be refilled via the writing tip 12 '.
  • the writing tip 12 'shown here as a model itself consists of a molded body 1 produced according to one of the above-described embodiments, the capillary channels of which are designed and dimensioned in accordance with the intended application and the intended use.
  • the shape can also be as shown in FIG. 20 or be configured in any other way.
  • Such a writing instrument can then possibly also be used as a "liquid pencil".
  • FIG. 22 shows the end plug 92 of a writing instrument 9 fastened in the back of a shaft 91, into which a molded body 1 according to the invention is inserted as a filter 14, on the one hand to retain the writing medium and on the other hand to allow air to pass unhindered through the air duct 94.
  • a closure flap 93 is also provided in this case, which is open in the writing position and in the rest position, that is to say lying down or in the upside-down position Writing instrument that reliably prevents the inlet to filter 14.
  • filters 14 can of course also be used in a variety of other ways, for example as an air filter in engine or automobile construction.
  • Fiber composite material can be produced by the most varied, principally well-known, processes.
  • a fiber composite molding is made from:
  • Cladding tube / matrix brass tube: Cu Zn 38 Pb 1.5
  • Insert tubes brass tubes: Cu Zn 11 Nil Snl, number: 19 pieces,
  • Production sequence The tube bundle, consisting of 19 pieces
  • Capillary tubes are inserted into the cladding tube in an orderly manner.
  • the number of tubes is reduced to a partially homogeneous material in several reduction stages.
  • the individual are welded by multiple intermediate annealing
  • Tubes on the surface with each other and with the cladding tube Tubes on the surface with each other and with the cladding tube.
  • Pieces of: 7, 13 or 19 pieces are advantageous.
  • the starting wire can be produced both in rods, tubes or rods and in endless ring material. These delivery forms are suitable for efficient production on automatic lathes.
  • the starting material is preferably a metal matrix with inserted metallic fibers made of tubes, wires or profile bodies.
  • the capillary channels are created by the inner diameter of the composite tubes. Due to the manufacturing process, the capillaries lose more or less their original shape when reducing from the initial diameter and profile to the final diameter.
  • the capillary channels arise in the spaces between the wires, which were originally preferably designed as round wires.
  • profile wire composite materials profile wires serve as inserts, while with profile tube composite materials, profiled tubes can be used inside, outside, or inside and outside.
  • capillary channels are by means of sheathed wire fiber composite materials.
  • the capillary channels are created by etching out the core material from the sheathed wires of the finished molded article.
  • the possible variant is the same as that of the tubular fiber composite materials, with the advantage that the dimension and geometry of the capillary channels can be determined more precisely and produced more consistently than is possible with tubular composite materials.
  • Another advantage compared to pipes is the better connection (welding process) between the matrix and the sheathed wire.
  • the disadvantages here are the higher manufacturing costs, both for the starting material and for the shaped body, and the only short capillary channels due to the etching, the self-holding forces of which are inevitably relatively low for liquids.
  • the outer geometry of the fiber composite materials in particular the geometry of the capillary channels or their geometric shape, is more or less changed by the deformation process, depending on the method.
  • any shape can be chosen for the design of the capillary channels.
  • the arrangement and the number of capillaries in the metal matrix can largely be freely selected.
  • the fibers both those made of pipe and those made of wire, can in principle be free in diameter, in geometry, in their position, in number and also in arrangement to get voted.
  • the dimensions and external shape of the fiber composite material can also be freely selected.
  • the combination of materials between the metallic matrix and the fibers made of wire or tube is limited in some processes due to the manufacturing process.
  • Pipe fiber materials are only of limited use from an economic point of view. In contrast, the profiled wire method described below appears to be particularly suitable.
  • the basic consideration presupposes that the fiber composite material can be manufactured in relatively long wires, starting from a relatively thick starting material.
  • Capillary channels are a well-suited and promising method for a mass product due to cost reasons.
  • the initial profiles are, for example, several
  • Circular sections with rolled-in semicircles With appropriate distribution, this results in at least two different profiles.
  • such a "fiber package” can be extruded, rolled or drawn.
  • Bundled individual profiles are also suitable as further variants of profile composite material.
  • Liquid are the diameters and lengths of the
  • a writing tip is made from a 6 mm long piece of tubular fiber composite material as follows.
  • Cu Zn 38 Pb 1.5 is used as the starting material for the cladding tube and Cu Zn 11 Nil Snl for the capillary tubes.
  • the dimension of the cladding tube is 6.8 mm for the outer diameter, in which 19 tube inserts with an inner diameter of 0.2 - 0.25 mm are inserted.
  • a standard converter for fountain pens with a 0.2 mm air-balancing hole is used as a filling tank for a writing tip made of tubular composite material and a pigmented ink is used as writing fluid.
  • the write test with this pattern showed that such a system works in principle.
  • writing tips made of fiber composite materials arise if a small tampon is possibly inserted into the capillary channels, which converts relatively small capillary forces into stronger capillary forces, starting from the same capillary diameters.
  • the size and cross-sectional geometry of the writing tip are freely selectable.
  • Capillary diameter They increase the self-holding power of the liquid in the capillary channels. This is important for large filling volumes.
  • Metallic fiber composite nibs with a ductile coating as writing nibs can through the inside metal tip and depending on the basic shape of the ductile, ie deformable, Writing tip, as lying around, softly clinging to the paper or smoothly and smoothly sliding over the paper, be designed for graphic, design, artist, school and painting needs.
  • a writing instrument can also be created which can be referred to as a "liquid pencil”.
  • a "pencil” could also have only a single hole as a dispensing opening.
  • This writing system can also be used and used multifunctionally, as a kit designed application devices with interchangeable, similar or different writing tips and / or with different writing medium colors.
  • the material of the ductile (deformable) writing tip must absorb writing fluid and release it onto the paper via capillary channels.
  • the geometry of the ductile writing tip can have a round cross section or any other shape. It can be rounded or flat at the tip of the pen.
  • the length of the writing tip changes the writing behavior and the possible uses of the writing system.
  • the combination of metallic fiber composite nib with ductile, relatively soft nib results in a completely new writing system and combines the properties of well-known writing systems such as ink pens, calligraphy pens, markers (especially layout painters) with additional options.
  • a ball bed made of fiber composite material should also be technically and economically feasible, in particular for ink pens which are referred to as "roller balls" and which are directly filled or equipped with ink cartridges.
  • ink pens which are referred to as "roller balls” and which are directly filled or equipped with ink cartridges.
  • an ink line with a regulator section is provided for air compensation.
  • metallic fiber composite material With metallic fiber composite material, a relatively inexpensive and space-saving alternative can be created.
  • a sealing plug made of fiber composite material consisting of a very thin washer and a valve flap made of soft plastic, might already be sufficient for this. The flap hangs down when the writing instrument is in the vertical position. Air can flow in through the fiber composite, while the flap prevents liquid from escaping through the disc when stored upside down.
  • valve flap When the writing instrument is in a vertical or horizontal position, the valve flap creates a ring due to the liquid pressure at the upper edge of the sealing plug.
  • the metallic fiber composite with capillary channels serves here as air equalization and shut-off valve. With a filter designed as a thin disc, the capillary forces are very low.
  • the vacuum created by the writing behind the writing liquid draws the liquid out of the capillary channels and the air can flow in again.
  • the low capillary forces result in only a low self-holding force of the liquid in the capillary channels. If the writing instrument is held upright, there is therefore a risk that the writing liquid will drip through the short capillary channels.
  • the valve flap counteracts this with a corresponding design by absorbing the liquid pressure of the standing writing column.
  • the principle of the plastic fiber-tip pen and its principle of transporting the writing fluid can be transferred to a metal tip via a capillary system.
  • the following writing systems can be equipped with such a metallic writing tip.
  • a possible disadvantage of a fiber pen with a metallic tip could be unfavorable sliding properties on paper.
  • ductile, ie soft, porous writing tips can also be applied to metallic fiber composite cores as a coating or applied as an exchangeable coating. This system enables artistic writing and drawing and freely selectable
  • ballpoint pens with a ball bed can also be produced from tubular fiber composite material; for different ball diameters, for different writing media and / or for different transport quantities of the writing fluid through different sizes of the capillary channels.
  • a ball bed made of fiber composite material also enables direct filling of the tank, since the flow of writing medium can be easily regulated via the fine capillary channels.
  • Fiber composite bodies with different diameters and with capillary holes can also be used as tube recorders.
  • thin tubes are less susceptible to faults, since a central center wire is no longer required.
  • the nibs can also be made from suitable moldings.
  • the oscillation behavior of the spring may also be adjustable and the flow rate of the ink may be regulated.

Landscapes

  • Pens And Brushes (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft Formkörper (1) mit axial verlaufenden kapillaren Kanälen (44), wobei die Kanäle (44) durch Einsätze (3) gebildet werden, die von einem Hüllrohr (2) umfasst sind, wobei die Einsätze (3) und das Hüllrohr (2) aus umformbarem und ggf. härtbarem Metall bestehen, als Drähte (31), Manteldrähte (32), Rohre (34) oder Profilkörper (33) ausgebildet, in das Hüllrohr (2) eingesetzt und mit diesem und miteinander axial unverschiebbar verbunden, insbesondere verpresst, verschweisst oder verlötet sind und wobei die Reduzierung des Profils des Formkörpers (1), und/oder der Durchmesser der Kanäle (44) durch Umformen erfolgt ist.

Description

Formkörper mit axial verlaufenden Kanälen und Verfahren zu deren Herstellung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft Formkörper mit axial verlaufenden Kanälen, wobei die Kanäle durch Einsätze gebildet werden, die von einem Hüllrohr umfaßt sind, sowie Verfahren zu deren Herstellung.
Derartige Formkörper sowie Verfahren zu deren Herstellung sind bekannt.
So zeigen DE-PS 1 303 555, DE-GM 1 954 340, DE-OS 35 38 653 und DE-OS 1 925 385 Formkörper, die als Schreibdochte,
Schreibspitzen, Applikatoren oder Zeichenspitzen ausgebildet sind und die aus einem Bündel miteinander verpreßter oder verklebter Röhren aus Kunststoff bestehen.
Gemäß DE-OS 35 38 653 kann ein Applikator auch aus einem mit
Erhebungen und Vertiefungen versehenen Folienband gewickelt werden, wodurch sich axial verlaufende, durchgehende
Kapillarkanäle ergeben.
Nach DE-OS 1 925 385 können die Röhren runden oder auch polygonalen Querschnitt aufweisen, als Strang gepreßt und durch Ziehen im Durchmesser verringert und auf ihr endgültiges Durchmessermaß gebracht werden. Danach sollen sie gebündelt und im Bund miteinander verklebt und ausgehärtet werden.
Ein wesentlicher Nachteil derartiger Formkörper besteht darin, daß sie keine sehr abriebfeste Oberfläche aufweisen und daher einem relativ starken Verschleiß unterliegen.
Soweit sie nicht durchgehend verklebt oder verschweißt sind, sind sie zudem ggf. auch instabil gegen seitliche
Druckeinwirkungen.
Aus GB-PS 364 808 und aus DE-PS 32 40 250 sind Formkörper bzw. Schreibspitzen bekannt, die aus einem Bündel
Metallstreifen oder Drähten gebildet werden und deren Spitzen ggf. auch durch Umformen komprimiert bzw. auf das endgültige Durchmessermaß gebracht werden können.
Die kapillaren Zuleitungskanäle werden hierbei durch die Abstände der aneinandergepreßten Drähte oder Streifen zueinander gebildet und sind daher nur sehr schlecht eindeutig zu definieren und größenmäßig zu bestimmen. Außerdem können und sollen sich die einzelnen Drähte oder Streifen beim Schreiben leicht gegeneinander bewegen, so daß auch diese Spitzen oft in sich instabil sind.
Aus DE-AS 1 910 268, DE-AS 22 39 418 und US-PS 3 843 270 sind Formkörper bzw. Schreibspitzen bekannt, die aus Profilstäben zusammengesetzt und von einem Hüllrohr umhüllt werden. Die Profilstäbe weisen hierbei axiale Nuten, Stege oder sonstige Profilierungen auf, die in montiertem Zustand, ggf. auch zusammen mit der Innenfläche des Hüllrohres, die Kapillarnuten bilden.
Die hiermit erreichbaren definierten Kapillarkanäle lassen sich aber oft nicht in der gewünschten Feinheit herstellen. Außerdem sind derartige Profilstäbe in der Regel aus Kunststoff gefertigt, so daß diese Formkörper ebenfalls nicht sehr abriebfest und formstabil sind. Eine aus EP 0518 708 AI bekannte Schreibspitze soll einstückig aus abriebfestem Material, beispielsweise aus Metall, bestehen und axiale und quergerichtete Kanäle aufweisen, zur Erzeugung eines guten Tintenflusses. Darüber hinaus sind aus DE-OS 31 09 400, DE-OS 22 59 636, DE-AS 25 08 490, DE-PS 20 59 179 und DE-PS 23 51 226 Verfahren zur Herstellung von Faser-Verbundwerkstoffen bekannt, wonach Bündel von ggf. auch ummantelten und/oder beschichteten Metalldrähten von einem Hüllrohr umfaßt und zusammen mit diesem durch Ziehen, Walzen, Hämmern oder Strangpressen umgeformt und zu einem relativ homogenen Formkörper gestaltet werden, wobei die Metall-Matrix im wesentlichen aus dem Hüllrohr und den ggf. vorhandenen Drahthüllen gebildet wird. ie und ob hiermit Formkörper mit axial verlaufenden offenen Kanälen und insbesondere mit Kapillarkanälen, herstellbar sind, ist nicht beschrieben, gezeigt oder erkennbar. Die hieraus bekannten Faserwerkstoffe bzw. Faser- Verbundwerkstoffe werden z.B. in der Flugzeug- und Raumfahrttechnik als Werkstoffe mit extremer Bruchfestigkeit oder in der Elektrotechnik zur Erhöhung der Abbrandbeständigkeit bei Kontaktleitern, z.B. bei Kontakt- Nieten und Hochleistungs-Zündkerzen, eingesetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, Formkörper zu schaffen, die die oben genannten Nachteile nicht aufweisen und die insbesondere sehr abriebfest sind und sich daher nicht oder nur geringfügig abnützen, die eine hohe Stabilität gegen Seitendruck aufweisen und deren Kapillarkanäle relativ einheitlich und gleichförmig sowie beliebig fein herstellbar sind.
Soweit die Anwendung der Formkörper als Auftragselemente bei Schreib-, Zeichen-, Mal- oder Markiergeräten erfolgt, sollen Langzeitprodukte mit guten Schreibeigenschaften für unterschiedliche Anwendungen geschaffen werden. Darüberhinaus soll ein Verfahren zur Herstellung derartiger Formkörper aufgezeigt werden, mit dessen Hilfe Formkörper aus Metall kostengünstig mit einer Vielzahl feiner Bohrungen im Kapillarbereich versehen werden können.
Diese Aufgaben werden mit den in den Ansprüchen 1 und 15 aufgezeigten Formkörpern und deren Herstellungsverfahren gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen umfaßt.
Grundsätzlich sind die erfindungsgemäßen Formkörper beliebig gestaltbar und für unterschiedliche Anwendungen einsetzbar.
Erfindungsgemäß sollen bei Formkörpern mit axial verlaufenden kapillaren Kanälen, bei denen die Kanäle durch Einsätze gebildet werden und die von einem Hüllrohr umfaßt sind, die Einsätze und das Hüllrohr aus umformbarem und ggf. härtbarem Metall bestehen, die Einsätze als Drähte, Manteldrähte, Rohre oder Profilkörper ausgebildet, in das Hüllrohr eingesetzt und mit diesem und miteinander axial unverschiebbar verbunden, insbesondere verpreßt, verschweißt oder verlötet sein und die Reduzierung des Profils des Formkörpers und/oder der Durchmesser der Kanäle durch Umformen erfolgen. Hierbei sollen das Hüllrohr oder die Einsätze bzw. deren Drahthüllen und das Hüllrohr eine Matrix, vorzugsweise eine Metallmatrix, bilden.
Das Umformen soll durch reduzierendes Verpressen, durch Stauchen oder durch Ziehen, vorzugsweise durch Strangziehen oder durch Strangpressen, erfolgen bzw. erfolgt sein.
Erfindungsgemäße Formkörper können beispielsweise als Schreibdochte, als Schreibspitzen, als Kugelschreiberspitzen mit einem Kugelbett oder auch als Filter oder Sieb, oder als Düse oder Perlator ausgebildet sein, wobei die Einsätze vor dem Verschweißen bzw. vor dem Umformen Nuten, Stege oder Konturen mit frei wählbaren Querschnittsformen und/oder Abmessungen aufweisen, die nach dem Umformen und/oder nach dem Verschweißen Kapillarkanäle bilden.
Als Einsätze können vorteilhaft auch Manteldrähte verwendet werden, deren Drahthüllen und Kerne aus unterschiedlichen Materialien bestehen und deren ummantelte Kerne nach dem Umformen entfernt werden bzw. wurden.
Die Einsätze und das Hüllrohr werden während des U formens durch Diffusionsverschweißung oder durch Verlötung fest miteinander verbunden bzw. verschmolzen und können zur Verbesserung der Verbindung vor dem Verschweißen oder Verschmelzen mit einem Lotüberzug versehen werden.
In dem Hüllrohr sollen mindestens zwei Einsätze enthalten sein, wobei dann jeder axial verlaufende Kanal aus Nuten oder Konturen mindestens zweier Einsätze gebildet wird, wenn als Einsätze nicht einfache Rohre oder Manteldrähte, sondern Profilkörper, wie z.B. Profilstäbe oder Profilrohre, verwendet werden.
Das Außenprofil aller zusammengesetzten Profilkörper soll vorteilhafterweise dem Innenprσfil des Hüllrohres, in das sie eingesetzt sind, vor dem Umformen formmäßig und maßlich im wesentlichen entsprechen, da es sich gezeigt hat, daß dann eine besonders gute Verbindung aller Teile erfolgt und daß dadurch zudem relativ glatte und gleichförmige Kapillarkanäle entstehen.
Nach einem bevorzugten Verfahren sollen zur Herstellung erfindungsgemäßer Formkörper die Einsätze zunächst als Drähte, Manteldrähte, Röhren oder Profilstäbe ausgebildet bzw. hergestellt werden. Nach dem Einsetzen in das Hüllrohr werden sie zusammen mit diesem und miteinander durch Umformen, vorzugsweise durch reduzierendes Verpressen, durch Stauchen oder durch Ziehen, insbesondere durch Strangziehen oder durch Strangpressen, im Durchmesser verringert und ggf. im Profil verändert. Gleichzeitig erfolgt hierbei eine Reduzierung der Kapillarkanäle und ggf. eine Veränderung deren Profile. Außerdem werden hierbei alle Teile reibschlüssig fest miteinander verbunden bzw. verpreßt, verschweißt oder verlötet.
Aus dem Grad bzw. Maß der Reduzierung der äußeren Abmessungen, aus der Anzahl der Einsätze und aus dem gewünschten Durchmessermaß der Kapillarkanäle errechnen sich die jeweiligen Wandstärken des Hüllrohres und der Einsätze. Umgekehrt sind bei vorgegebenen Wandstärken und Kapillarkanal-Abmesεungen und -Anzahl die ursprünglichen Abmessungen und der Reduzierungsgrad zu ermitteln. Die Einsätze untereinander und zusammen mit dem Hüllrohr werden während oder nach dem Umformen durch
Diffusionsverschweißung oder durch Verlötung fest miteinander verbunden bzw. verschmolzen. Bei der Verwendung von Manteldrähten werden deren Kerne nach dem Umformen durch Ausschmelzen oder Zersetzung aus den Drahthüllen entfernt.
Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen nachfolgend näher erläutert. Hierbei zeigen in zum Teil stark vergrößerter Form: Fig.l a) : einen Formkörper mit eingeschobenen Rohren im Querschnitt in bereits verpreßter Ausführung; Fig.l b) : den Formkörper nach Fig.l a) unverpreßt, in perspektivischer Darstellung; Fig.2 a) und b) : einen Querschnitt und eine perspektivische Ansicht eines Formkörpers mit eingeschobenen massiven Drähten; Fig.3 a) und b) : einen Formkörper mit eingesetzten
Manteldrähten im Querschnitt und in perspektivischer Darstellung; Fig.4 a bis e) eine noch unverpreßte Formkörpervariante mit mehreren ineinandergesetzten rohr- bzw. kreisförmigen Profilrohren; Fig.5 a bis e) : eine weitere Variante eines noch unverpreßten Formkörpers im Querschnitt, mit doppelseitig genuteten Profilrohren; Fig.6 a) und b) : zusammengesetzte Profilkörper im
Querschnitt und einsatzfertig gebündelt, Fig.7 a) und b) : die Profilelemente gemäß Fig.6 in das
Hüllrohr eingesetzt, aber noch unverpreßt; Fig.8 a) bis c) : mehrere verschiedene Geometrie- und
Querschnittsformen von Profilkörpern; Fig.9 a) bis j): mehrere Profilvarianten von Profilstäben bzw. -einsätzen; Fig.10 a) bis e) : verschiedene Geometrieformen für
Profilrohre bzw. für rohrförmige
Kapillarelemente; Fig.11 a) bis i) : verschiedene Anordnungsmöglichkeiten der
Kapillarkanäle in Formkörpern; Fig.12 a) bis i) : mehrere verschiedene Geometrie- und
Querschnittsformen von Formkörpern; Fig.13 a) bis e) : Einzelteile und Umformungsstufen erfindungsgemäßer Formkörper; Fig.14 a) bis d) : Querschnitte der Kapillarkanäle durch einen Formkörper in verschiedenen Umformungs- bzw. Reduktionsstadien; Fig.15 a) und b) : einen Längsschnitt durch einen Formkörper als Schreibspitze mit Kugelbett, für einen Kugelschreiber und eine Draufsicht hierzu; Fig.16 a) und b) : einen Längsschnitt durch einen weiteren
Formkörper als Schreibspitze, für ein Kugelbett eines Tinten-Kugelschreibers und eine Draufsicht hierzu; Fig.17: einen erfindungsgemäßen Formkörper mit duktilem
Überzug als Schreibspitze; Fig.18: einen weiteren erfindungsgemäßen Formkörper mit duktilem Überzug als Schreibspitze; Fig.19: einen Formkörper mit einem auswechselbaren Überzug als Perlator; Fig.20: einen anderen Formkörper ohne Überzug als Düse; Fig.21: ein Schreibgerät mit erfindungsgemäßem Formkörper als Schreibspitze; Fig.22: einen Teilschnitt eines Schreibgerätes mit einem als Abschlußstopfen bzw. als Filter eingesetzten Formkörper.
Der in Fig.l a und b) dargestellte Formkörper 1 mit sieben als Einsätze 3 eingeschobenen Rohren 34 ist im Querschnitt (Abb.a) in bereits verpreßter Ausführung gezeigt und unverpreßt in perspektivischer Darstellung (gem. Abb.b) , in der das Hüllrohr 2 die Rohre 34 noch nicht vollständig aufgenommen hat. Die verpreßten Rohre 34 sind praktisch sechseckig deformiert und weisen dementsprechend profilierte Kapillarkanäle 44 auf. Nach Fig.2 a) und b) wird ein erfindungsgemäßer Formkörper 1 mit in das Hüllrohr 2 eingeschobenen massiven Drähten 31 hergestellt, wobei die Drähte 31 zwischen sich Kapillarkanäle 44 bilden.
Bei dem aus Fig.3 a) und b) ersichtlichen Formkörper 1 mit in das Hüllrohr 2 als Einsätze 3 eingesetzten Manteldrähten 32, bleiben die Kapillarkanäle 44 auch nach dem Umformen relativ gleichförmig und formgetreu erhalten, da die in den Drahthüllen 32' angeordneten Kerne 32" einer übermäßigen Verformung entgegenwirken. Die Kerne 32 müssen nach der Umformung entfernt werden. Dies kann - je nach Kernmaterial - chemisch, z.B. duch Herausätzen oder mechanisch erfolgen.
Die in Fig.4 a bis e) gezeigte noch unverpreßte Formkörpervariante weist mehrere, als Einsätze 3 ineinandergesetzte runde Profilrohre 33'" auf, die mit Nuten 41 versehen sind, woraus sich in montiertem Zustand im Hüllrohr 2 nach dem Umformen die Kapillarkanäle 44 ergeben.
Aus Fig.5 a bis e) ist eine weitere Variante eines noch unverpreßten Formkörpers 1 mit doppelseitig genuteten runden Profilrohren 33"" ersichtlich, wobei der Formkörper 1 ebenfalls mehrere ineinandergesetzte Profilrohre 33"" aufweist, die beidseitig mit Nuten 41 und Stegen 42 versehen sind, woraus sich in montiertem Zustand im Hüllrohr 2 nach dem Umformen ebenfalls die Kapillarkanäle 44 ergeben.
Die Figuren 6 a) bis 8 c) zeigen als Einsätze 3' zusammengesetzte Profilkörper 33 im Querschnitt, einsatzfertig gebündelt und in das Hüllrohr 2 eingesetzt, aber noch unverpreßt, wobei die Figuren 8 a) bis c) mehrere verschiedene Geometrie- und Querschnittsfor en von Profilkörpern 33 bzw. von zusammengesetzten Profilstäben 33' beispielhaft aufzeigen. Den quadratischen oder sechseckigen Querschnitten würden auch die zugehörigen Hüllrohre (2) profilmäßig entsprechen. Jeweils zwei zusammenkommende eingeformte Nuten 41 zweier Profilstäbe 33' bilden hierbei die Grundform und Ausgangs-Abmessung der nach dem Umformen gebildeten Kapillarkanäle. Mit unterschiedlichen Geometrie- und Querschnittsformen sollen die Einsätze 3' bzw. die Profilkörper 33 der Innenkontur des jeweiligen Hüllrohres 2 angepaßt werden, um möglichst gleichförmige und glatte Kapillarkanäle und eine optimale Verbindung bzw. Verschweißung aller Einzelteile zu erhalten.
Die Anordnung und Anzahl der Nuten kann nach der vorgesehenen Anwendung und im Rahmen der technischen Möglichkeiten frei gewählt werden.
Wie aus den Figuren 9 a) bis 10 e) zu ersehen ist, können die Profilstäbe 33" (gemäß Figur 9) bzw. die Rohre 34' nach Figur 10, verschiedene Geometrie- bzw. Querchnittsfor en oder Konturen aufweisen, wodurch sich jeweils unterschiedliche Querschnitte, Anordnungen und Formen der Kapillarkanäle ergeben. -
Die Figuren 11 a) bis 12 i) zeigen verschiedene Anordnungsmöglichkeiten der Kapillarkanäle 44 in den Hüllrohren 2 der Formkörper 1 (Figur 11 und 12) sowie in Figur 12 verschiedene Geometrie- und Querschnittsformen der Formkörper 1 selbst.
Figur 13 stellt in den Abbildungen a) bis e) die Einzelteile (a + b) und die Umformungsstufen (c bis e) erfindungsgemäßer Formkörper dar, wobei hier das Hüllrohr 2 (Fig.13a), 19 Stück Rohre 34, zunächst lose (in Fig.13b), dann in unverpreßtem Zustand (Fig. 13c) , sowie in zwei Reduktionsstufen (gemäß Figur 13d und 13e) gezeigt sind.
Aus Figur 14 a) bis d) ist die Veränderung der Querschnitte der Rohre 34 und damit auch der Querschnitte der Kapillarkanäle 44, 44' eines Formkörpers 1 in verschiedenen Umformungs- bzw. Reduktionsstadien ersichtlich. Es bilden sich beim Umformen des Hüllrohres 2 und der eingesetzten Rohre 34 neue Rohrgeometrien, die die vorhandenen Zwischenräume 23, je nach dem Grad der Umformung, als Kapillarkanäle 44' offen lassen (Abb. 14e) oder praktisch vollständig ausfüllen und verschließen (Abb. I4d) .
Die Figuren 15 a) bis 16 b) zeigen Formkörper 1, die als Schreibspitzen 12 für Kugelschreiber ausgebildet und jeweils mit einem Kugelbett 13 versehen sind, wobei nach Figur 15 die Kapillarkanäle 44 und ggf. im Durchmesser größere Pastenkanäle 46 aus kleineren und größeren Rohren oder aus Profilstäben gebildet werden. Der Körper der Schreibspitzen 12 kann hierbei gleichzeitig das Hüllrohr 2 sein (Fig. 16) , wenn dies aufgrund der erforderlichen Abmessungen und sonstigen Bedingungen möglich ist. Andernfalls wird zusätzlich ein Hüllrohr 2 verwendet, das dann in die Schreibspitze 12 eingesetzt und mit dieser verpreßt, verschweißt oder anderweitig fest verbunden wird (Fig. 15) . In Figur 16 a) und b) ist ein Tinten-Kugelschreiber dargestellt mit aus Rohren 34 gebildeten unterschiedlichen Kapillarkanälen 44, 44', die gem. Fig. 16 aus den Bohrungen der hier mit unterschiedlichen Durchmessern versehenen Rohre 34 einerseits sowie aus nicht vollständig verschlossenen Zwischenrämen (23) zwischen den Rohren 34 andererseits, gebildet sind. Die Rohre 34 weisen hierbei im Zentrum größeren und im äußeren Bereich kleineren Durchmesser auf, zur Erzielung unterschiedlicher Kapillarzonen innerhalb der Tintenzuführung und im Kugelbett.
Bei den aus den Figuren 17 und 18 ersichtlichen Schreibspitzen 12" mit Kapillarkanälen 44 ist ein erfindungsgemäßer Formkörper mit einem duktilen, d.h. verformbaren, bei der Benützung nachgiebigen Überzug 5, 5' versehen, der ebenfalls kapillare Poren oder offene Kanäle aufweist und der ggf. auch nachträglich aufgesetzt oder beliebig austauschbar gestaltet und angeordnet sein kann. Die Formkörper 1 nach den Figuren 19 und 20 stellen einen als auswechselbaren Einsatz ausgebildeten Perlator 16 (in Fig.19) und eine Düse 15 (in Fig. 20) dar, wobei in beiden Fällen das Abgabemedium unter Druck durch die, vorzugsweise aus Profilrohren oder aus Profilstäben gebildeten,Austrittskanäle 45, 45' gepreßt werden kann. Düsen dieser Art sind z.B. als Tintenstrahl-Düsen (Ink-Jet) ebenso einsetzbar, wie als Einspritz- oder Einlaß-Düsen im Motoren- bzw. im Kfz-Bau oder in sonstigen Anwendungsbereichen, in denen relativ verschleißfeste Ausgabe- oder Auftragselemente erforderlich sind. Bei pneumatischen Anwendungen können derartige Düsen als "Feinstdüsen" ausgebildet sein und mit oder ohne elektronischen Komponenten eingesetzt werden.
Das in Figur 21 dargestellte Schreibgerät weist einen erfindungsgemäßen Formkörper 1 als Schreibspitze 12' auf, die in einen zur Aufnahme des Schreibmittels dienenden Tank 7 eingesetzt ist. Der Tank 7 ist hier ein mit einer FüllVorrichtung 8 versehener Konverter und kann über die Schreibspitze 12' auch nachgefüllt werden. Die hier als Modell dargestellte Schreibspitze 12' selbst besteht aus einem nach einer der vorbeschriebenen Ausführungen hergestellten Formkörper 1, dessen Kapillarkanäle dem vorgesehenen Auftrags edium und dem Verwendungszweck entsprechend gestaltet und bemessen sind. Die Form kann aber auch wie in Figur 20 gezeigt oder beliebig anderweitig gestaltet sein. Ein derartiges Schreibgerät kann dann ggf. auch als "flüssiger Bleistift" Anwendung finden.
In Figur 22 ist der hinten in einem Schaft 91 befestigte Abschlußstopfen 92 eines Schreibgerätes 9 dargestellt, in den ein erfindungsgemäßer Formkörper 1 als Filter 14 eingesetzt ist, um einerseits das Schreibmittel zurückzuhalten und aber zum anderen Luft ungehindert durch den Luftkanal 94 passieren zu lassen. Als zusätzliche Sicherung ist hierbei noch eine Verschlußklappe 93 vorgesehen, die in Schreibposition offen ist und in Ruheposition, d.h. liegend oder bei umgedrehtem Schreibgerät, den Zulauf zum Filter 14 sicher verhindert. Derartige Filter 14 lassen sich natürlich auch vielfältig anderweitig verwenden, wie beispielsweise als Luftfilter im Motoren- oder Automobilbau.
Je nach Anwendung und Ausführungsvariante kann der
Faserverbundwerkstoff durch unterschiedlichste, prinzipiell weitgehend bekannte, Verfahren hergestellt werden.
Herstellungsbeispiel:
Ein Faεerverbund-For körper wird hergestellt aus:
Hüllrohr/Matrix: Ms-Rohr: Cu Zn 38 Pb 1,5
Außendurchmesser: 8 mm, Wand: 2 mm
Einsatzrohre: Ms-Rohre: Cu Zn 11 Nil Snl, Anzahl: 19 Stück,
Außendurchmesser: 0,7 mm, Wand: 0,2 mm
Fertigungsfolge: Das Rohrbündel, bestehend aus 19 Stück
Kapillarrohren, wird geordnet in das Hüllrohr eingeschoben.
In mehreren Reduzierstufen wird die Vielzahl der Rohre zu einem teilhomogenen Material reduziert.
Durch mehrfaches Zwischenglühen verschweißen die einzelnen
Rohre an der Oberfläche miteinander und mit dem Hüllrohr.
Bei rundem Innendurchmesser ist die Anzahl der runden
Einsatzrohre aus geometrischen Gründen eingeschränkt.
Vorteilhaft sind Stückzahlen von: 7, 13 oder 19 Stück.
Wird Faser-Verbundwerkstoff als Ausgangsmaterial für vorschlagsgemäße Formkörper, insbesondere auch für Schreibspitzen und/oder Kugelspitzen verwendet, so kann der Ausgangsdraht sowohl in Stangen, Rohren oder Stäben, als auch in endlosem Ringmaterial hergestellt werden. Diese Lieferformen sind geeignet für eine rationelle Fertigung auf Drehautomaten. Ausgangswerkstoff ist hierbei vorzugsweise eine Metallmatrix mit eingelegten metallischen Fasern aus Rohren, Drähten oder Profilkörpern. Bei den Rohr-Faserverbundwerkstoffen entstehen die Kapillarkanäle durch die Innendurchmesser der Verbundrohre. Fertigungsbedingt verlieren die Kapillaren mehr oder weniger ihre ursprüngliche Ausgangsform beim Reduzieren vom Ausgangsdurchmesser und -Profil auf den Enddurchmesser. Bei Draht-Faserverbundwerkstoffen entstehen die kapillaren Kanäle in den Räumen zwischen den Drähten, die ursprünglich vorzugsweise als Runddrähte ausgebildet sind. Bei Profildraht-Verbundwerkstoffen dienen Profildrähte als Einsätze, während bei Profilrohr-Verbundwerkstoffen innen, außen, oder innen und außen profilierte Rohre verwendet werden können.
Eine weitere mögliche Variante zur Herstellung von Kapillarkanälen besteht mittels Manteldraht- Faserverbundwerkstoffen. Hierbei entstehen die kapillaren Kanäle durch das Herausätzen des Kernmaterials aus den Manteldrähten der fertigen Formkörper. Die Variantenmöglichkeit ist hierbei gleich der der Rohr- Faserverbundwerkstoffe, mit dem Vorteil, daß Abmessung und Geometrie der Kapillarkanäle präziser bestimmt und konstanter produziert werden können, als dies bei Rohrverbundwerkstoffen möglich ist.
Ein weiterer Vorteil im Vergleich zu Rohren liegt in der besseren Verbindung (Schweißprozeß) zwischen Matrix und Manteldraht. Nachteilig sind hierbei jedoch die höheren Fertigungskosten, sowohl beim Vormaterial, als auch bei dem Formkörper, und die durch das Ätzen bedingten nur kurzen Kapillarkanäle, deren Selbsthaltekräfte für Flüssigkeiten zwangsläufig relativ gering sind.
Die Außengeometrie der Faser-Verbundwerkstoffe, insbesondere die Geometrie der kapillaren Kanäle bzw. deren geometrische Form, wird durch den Verformungsprozeß, je nach Verfahren, mehr oder weniger verändert.
Prinzipiell kann jede beliebige Form für die Gestaltung der Kapillarkanäle gewählt werden.
Ebenso ist die Anordnung und die Anzahl der Kapillaren in der Metallmatrix weitgehend frei wählbar.
Die Fasern, sowohl die aus Rohr, als auch die aus Draht, können im Durchmesser, in der Geometrie, in ihrer Lage, in der Stückzahl und auch in der Anordnung prinzipiell frei gewählt werden. Ebenfalls frei wählbar sind Abmessung und Außenform des Faserverbundwerkstoffes.
Die Materialkombination zwischen metallischer Matrix und den Fasern aus Draht oder Rohr ist bei einigen Verfahren fertigungsbedingt eingeschränkt.
Wie Versuche zeigten, sind die bekannten Fertigungsverfahren, die für Drahtfaserverbundmaterial entwickelt wurden, für
Rohr-Faserwerkstoffe aus wirtschaftlicher Sicht nur bedingt brauchbar. Demgegenüber erscheint das nachstehend beschriebene Profildrahtverfahren besonders geeignet.
Die Grundüberlegung setzt aus Kostengründen voraus, daß man das Faserverbundmaterial in relativ langen Drähten, ausgehend von einem relativ dicken Vormaterial, fertigen kann.
Dann ist das Drahtfaser- bzw. Profil-Verbundmaterial mit
Kapillarkanälen aus Kostengründen für ein Massenprodukt ein gut geeignetes und aussichtsreiches Verfahren.
Die Ausgangsprofile sind beispielsweise mehrere
Kreisabschnitte mit eingewalzten Halbkreisen. Bei entsprechender Verteilung ergibt das jeweils mindestens zwei unterschiedliche Profile.
Je nach angewandtem Verfahren kann ein solches "Faser-Paket" stranggepreßt, gewalzt oder gezogen werden.
Das Strangpreßverfahren ist dem traditionellen Ziehen aus
Kostengründen ggf. vorzuziehen.
Als weitere Varianten von Profilverbundmaterial sind auch gebündelte Einzelprofile geeignet.
Je nach Anwendung bzw. nach gewünschtem Durchmesser des
Profilkörpers und/oder nach Konsistenz der durchlaufenden
Flüssigkeit, sind die Durchmesser und die Längen der
Kapillarbohrungen einzeln abzustimmen.
Nachfolgend werden einige Einsatzmöglichkeiten im Bereich der Schreib- und Zeichengeräte-Branche beispielhaft dargestellt und beschrieben. Ausführungsbeispiel:
Eine Schreibspitze aus einem 6 mm langen Stück aus Rohr- Faserverbundwerkstoff wird wie folgt hergestellt. Als Ausgangsmaterial für das Hüllrohr wird (als Matrixmasse) Cu Zn 38 Pb 1,5 verwendet und für die Kapillarrohre Cu Zn 11 Nil Snl.
Die Abmessung des Hüllrohres beträgt für den Außendurchmesser 6,8 mm, in das 19 Rohr-Einsätze mit einem Innendurchmesser von 0,2 - 0,25 mm eingesetzt sind.
Zu einer Schreibspitze aus Rohr-Verbundwerkstoff wird als Fülltank ein Standard-Konverter für Füllfederhalter mit einer 0,2 mm großen Luftausgleichsbohrung benützt und eine pigmentierte Tinte als Schreibflüssigkeit verwendet. Die Schreibprobe mit diesem Muster ergab, daß ein derartiges System prinzipiell funktioniert.
Aufgrund der ungünstigen Spitzengeometrie ist hiermit zwar kein definierter Abstrich möglich, aber der Tintenfluß war sofort relativ kontinuierlich vorhanden.
Weitere Möglichkeiten von Schreibspitzen aus Faserverbundwerkstoffen ergeben sich, wenn in die Kapillarkanäle ggf. ein kleiner Tampon eingesetzt wird, der relativ geringe Kapillarkräfte, ausgehend von gleichen Kapillardurchmessern, in stärkere Kapillarkräfte umsetzt. Die Größe und die Querschnittsgeometrie der Schreibspitze sind frei wählbar.
Längere Kapillarkanäle sind erheblich auslaufsicherer, als kürzere Kapillarkanäle bei vergleichbarem
Kapillardurchmesser. Sie erhöhen die Selbsthaltekräfte der Flüssigkeit in den Kapillarkanälen. Dies ist wichtig bei großem Füllvolumen.
Unterschiedliche Flüssigkeitskonεistenzen der Schreibflüssigkeiten können durch Veränderung der Kapillarlänge bzw. -querschnitte ausgeglichen werden. Metallische Faserverbundspitzen mit duktilem Überzug als Schreibspitzen können durch die inseitige Metallspitze und je nach Grundform der duktilen, d.h. verformbaren, Schreibspitze, als sich umlegend, weich dem Papier anschmiegend oder weich und formstabil über das Papier gleitend, gestaltet sein für Graphik-, Design-, Künstler-, Schul- und Malbedarf.
Wird anstelle einer "normalen" Schreibflüssigkeit, bzw. einer Tinte oder Tusche, eine flüssige Graphitdispersion verwendet, so kann bei entsprechender Dimensionierung und Formgebung der Kapillarkanäle hiermit auch ein Schreibgerät geschaffen werden, das als "flüssiger Bleistift" bezeichnet werden kann. Ein derartiger "Bleistift" könnte auch nur eine einzelne Bohrung als Ausgabeöffnung aufweisen.
Als Bausatz gestaltete Auftragsgeräte mit austauschbaren, gleichartigen oder unterschiedlichen Schreibspitzen und/oder mit verschiedenen Schreibmittelfarben, kann dieses Schreibsystem zusätzlich genutzt und multifunktional eingesetzt werden.
Das Material der duktilen (umformbaren) Schreibspitze muß Schreibflüssigkeit aufnehmen und über Kapillarkanäle auf das Papier abgeben können. Die Geometrie der duktilen Schreibspitze kann eine im Querschnitt runde oder jede sonst beliebige Form haben. Sie kann an der Schreibspitze abgerundet oder flächig sein. Die Länge der Schreibspitze verändert das Schreibverhalten und die Anwendungsmöglichkeiten des Schreibsystems. Die Kombination von metallischer Faserverbundspitze mit duktiler, relativ weicher Schreibspitze, ergibt ein völlig neues Schreibsystem und verbindet die Eigenschaften bereits bekannter Schreibsysteme, wie Tuschezeichner, Calligraphie- Schreiber, Marker (speziell Layout-Maler) , mit zusätzlichen Möglichkeiten.
Ein Kugelbett aus Faser-Verbundwerkstoff sollte technisch und wirtschaftlich ebenfalls möglich sein, insbesondere für als "Rollerball" bezeichnete, direkt gefüllte oder mit Tintenpatronen ausgestattete Tinten-Kugelschreiber. Bei Füllfederhaltern und auch bei direkt gefüllten Dochtschreibgeräten ist für den Luftausgleich ein Tintenleiter mit einer Reglerstrecke vorgesehen. Mit metallischem Faser-Verbundwerkstoff läßt sich hierzu eine relativ preiswerte und platzsparende Alternative schaffen. Ein Abschlußstopfen aus Faserverbundwerkstoff, bestehend aus einer sehr dünnen Scheibe und aus einer Ventilklappe aus weichem Kunststoff, wäre hierfür ggf. bereits ausreichend. Bei Senkrechtstellung des Schreibgerätes hängt die Klappe nach unten. Luft kann durch den Faser-Verbundwerkstoff nachströmen, während die Klappe bei umgedrehter Lagerung Flüssigkeitsaustritt über die Scheibe verhindert. Bei senkrechter oder waagrechter Position des Schreibgerätes legt sich die Ventilklappe durch den Flüssigkeitsdruck am oberen Rand des Abschlußstopfens ringförmig an. Der metallische Faser-Verbundwerkstoff mit Kapillarkanälen dient hier als Luftausgleich und Absperrventil. Bei einem als dünne Scheibe gestalteten Filter sind die Kapillarkräfte hierbei sehr gering.
Das durch das Schreiben hinter der Schreibflüssigkeit entstehende Vakuum zieht die Flüssigkeit aus den Kapillarkanälen und die Luft kann nachströmen. Andererseits ergibt sich durch die geringen Kapillarkräfte nur eine geringe Selbsthaltekraft der Flüssigkeit in den Kapillarkanälen. Bei Senkrechthaltung des Schreibgerätes besteht daher die Gefahr, daß die Schreibflüssigkeit durch die kurzen Kapillarkanäle tropft. Dem wirkt die Ventilklappe bei entsprechender Konstruktion entgegen, indem sie den Flüssigkeitsdruck der stehenden Schreibmittelsäule aufnimmt.
Mit der vorgeschlagenen Lösung kann das Prinzip der Kunststoff-Faserschreiber-Spitzen und deren Transportprinzip der Schreibflüssigkeit über ein Kapillarsystem, auf eine Metallspitze übertragen werden.
Aus dieser Sicht können die nachstehenden Schreibsysteme mit einer derartigen metallischen Schreibspitze bestückt werden. Dies gilt insbesondere für Faserschreiber jeder Art. Ein eventueller Nachteil eines Faserschreibers mit metallischer Spitze könnten ungünstige Gleiteigenschaften auf Papier sein. Deshalb können auch duktile, d.h. weiche, poröse Schreibspitzen auf metallische Faser-Verbundkerne als Beschichtung aufgebracht oder als austauschbarer Überzug aufgezogen werden. Dieses System ermöglicht künstlerisches Schreiben und Zeichnen und frei wählbare
Schreibspitzengeometrien, sowie bei Abnutzung die leichte Austauschbarkeit, beispielsweise einer aufgesetzten duktilen Spitze.
Weiterhin können aber auch Kugelschreiber mit einem Kugelbett aus Rohr-Faserverbundwerkstoff hergestellt werden; für unterschiedliche Kugel-Durchmesser, für unterschiedliche Schreibmedien und/oder für unterschiedliche Transportmengen der Schreibflüssigkeit durch unterschiedliche Größen der Kapillarkanäle.
Ein Kugelbett aus Faserverbundwerkstoff ermöglicht auch eine direkte Tankbefüllung, da über die feinen Kapillarkanäle der Schreibmittelfluß gut regulierbar ist.
Faser-Verbundkörper mit unterschiedlichem Durchmesser und mit Kapillarbohrungen können auch als Röhrchenschreiber eingesetzt werden. Vor allem dünne Röhrchen sind dadurch weniger störanfällig, da kein zentraler Mitteldraht mehr erforderlich ist.
Bei Füllfederhaltern können die Federn ggf. ebenfalls aus geeigneten Formkörpern hergestellt werden. Hierbei ist eventuell auch das Schwingverhalten der Feder einstellbar und die Durchflußmenge der Tinte regulierbar. Positionen: Formkörper
11 Schreibdocht
12, 12', 12" Schreibspitze
13 Kugelbett
14 Filter oder Sieb
15 Düse
16 Perlator Hüllrohr
21 Innenfläche (von 2)
22 Mantelfläche, außen
23 Zwischenraum , 3' Einsatz
31 Draht, voll
32 Manteldraht 32' Drahthülle 32" Kern (von 32)
33 Profilkörper
33', 33" Profilstäbe 33'", 33"" Profilrohre 34, 34' Rohre Kanäle
41 Nuten
42 Stege
43 Konturen
44, 44' Kapillarkanal
45, 45' Austrittskanäle 46 Pastenkanal , 5' Überzüge Befestigung Tank FüllVorrichtung Schreibgerät
91 Schaft
92 Abschlußstopfen
93 Verschlußklappe
94 Luftkanal

Claims

Patentansprüche
1. Formkörper mit axial verlaufenden kapillaren Kanälen, wobei die Kanäle durch Einsätze gebildet werden, die von einem Hüllrohr umfaßt sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einsätze (3, 3') und das Hüllrohr (2) aus umformbarem und ggf. härtbarem Metall bestehen, daß die Einsätze (3, 3') als Drähte (31), Manteldrähte (32), Rohre (34) oder Profilkörper (33), insbesondere als Profilstäbe (33', 33") und/oder als Profilrohre (33'", 33"") ausgebildet, in das Hüllrohr (2) eingesetzt und mit diesem und miteinander axial unverschiebbar verbunden, insbesondere verpreßt, verschweißt oder verlötet sind und daß die Reduzierung des Profils des Formkörpers (1) und/oder der Durchmesser der Kanäle (4) durch Umformen erfolgt ist.
2. Formkörper nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Hüllrohr (2) oder die Einsätze (3, 3') bzw. deren Drahthüllen (32') und das Hüllrohr (2) eine Matrix bilden.
3. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Umformen durch reduzierendes Verpressen, durch Stauchen, Walzen oder durch Ziehen, vorzugsweise durch Strangziehen oder durch Strangpressen, erfolgt ist.
4. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er als Schreibdocht (11), Schreibspitze (12', 12") oder als Kugelschreiberspitze (12) mit einem Kugelbett (13) ausgebildet ist.
5. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er als Filter oder Sieb (14) , als Düse (15) oder als Perlator (16) ausgebildet ist.
6. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einsätze (3, 3') vor dem Verschweißen bzw. vor dem Umformen Nuten (41), Stege (42) oder Konturen (43) mit frei wählbaren Querschnittsfor en und/oder Abmessungen aufweisen.
7. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Nuten (41) zwischen den Stegen (42) oder die Konturen (43) nach dem Umformen und/oder nach dem Verschweißen Kapillarkanäle (44) bilden.
8. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Außenprofil aller zusammengesetzten Profilkörper (33) dem Innenprofil des Hüllrohres (2) , in das sie eingesetzt sind, vor dem Umformen formmäßig und maßlich im wesentlichen entspricht.
9. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Einsätze (3) Manteldrähte (32) verwendet wurden, deren Drahthüllen (32') und Kerne (32") aus unterschiedlichen Materialien bestanden.
10. Formkörper nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die ummantelten Kerne (32") der Manteldrähte (32) nach dem Umformen entfernt wurden.
11. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einsätze (3, 3') und das Hüllrohr (2) während des Umformens durch Diffusionsverschweißung fest miteinander verbunden bzw. verschmolzen worden sind.
12. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einsätze (3, 3') und das Hüllrohr (2) vor dem Umformen bzw. vor dem Verschweißen oder Verschmelzen mit einem Lotüberzug versehen sind.
13. Formkörper nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einsätze (3, 3') und das Hüllrohr (2) während des Umformens durch Verlötung fest miteinander verbunden bzw. verschmolzen worden sind.
14. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in dem Hüllrohr (2) mindestens zwei Einsätze (3') enthalten sind und daß jeder axial verlaufende Kanal aus Nuten (41) oder Konturen (43) mindestens zweier Einsätze (3') gebildet wird.
15. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zunächst die Einsätze (3, 3') als Drähte (31), Manteldrähte (32) , Rohre (34) oder Profilkörpern (33) , _ insbesondere als Profilstäbe (33', 33") oder als Profilrohre (33'", 33"") ausgebildet und in das Hüllrohr (2) eingesetzt werden und daß sie dann mit diesem und miteinander reibschlüssig fest verbunden oder verschweißt werden.
16. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Reduzierung des Profiles des Formkörpers (1) und/oder der Durchmesser der Kanäle (4) durch Umformen erfolgt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Umformen durch reduzierendes Verpressen, durch Stauchen oder durch Ziehen, vorzugsweise durch Strangziehen oder durch Strangpressen, erfolgt.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einsätze (3, 3') untereinander und zusammen mit dem Hüllrohr (2) während oder nach dem Umformen durch Diffusionsverschweißung oder durch Verlötung fest miteinander verbunden bzw. verschmolzen werden.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kerne (32") der als Einsätze (3) verwendeten Drähte (31) nach dem Umformen durch Ausschmelzen oder Zersetzung aus den Drahthüllen (32') entfernt werden.
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