DE1261776B - Schreibkugel fuer Kugelschreiber - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

B 43 k

Deutsche Kl.: 70 b-5/20

Nummer: 1261776

Aktenzeichen: P 18928 VII b/70 b

Anmeldetag: 17. Juli 1957

Auslegetag: 22. Februar 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schreibkugel für einen Kugelschreiber. Es ist allgemein bekannt, Schreibspitzen, z. B. als Schreibröhrchen von Füllfederhaltern, aus verdichteten, gesinterten Teilchen aus Hartmetallen, wie Wolframkarbid, Nickel oder Kobalt, herzustellen. Auch sind Schreibkugeln mit sphärisch gekrümmten Kugelabschnitten bekannt, die durch unregelmäßige, als Speicher für die Schreibflüssigkeit dienende Vertiefungen unterbrochen sind. Diese Vertiefungen, die nachträglich auf die Oberfläche der aus homogenem Material bestehenden Kugel z. B. mechanisch durch Aufrauhen, elektrolytisch oder chemisch aufgebracht werden, haben eine verhältnismäßig geringe Speicherfähigkeit für die Schreibflüssigkeit, da die Benetzbarkeit der Vertiefungen nicht größer ist als die der Oberfläche und die Vertiefungen auch nicht porös sind. Eine große Speicherfähigkeit der Schreibkugel erfordert somit einen hohen Anteil von Vertiefungen an der gesamten Oberfläche der Schreibkugel. Der hohe Anteil von Vertiefungen in der bisher aufgebrachten Art verursacht jedoch eine vorzeitige Abnutzung der Schreibkugel, deren Lebensdauer somit gering ist.

Die allgemein bekannten Schreibkugeln für Kugelschreiber haben zwar eine große Lebensdauer auf Grund ihrer verhältnismäßig glatten Oberfläche. Sie neigen jedoch zum Rutschen auf glatten oder fettigen Schreibflächen, da auf solchen Schreibflächen die Reibung zwischen Kugel und Schreibfläche häufig kleiner als die Reibung zwischen der Schreibkugel und ihrem Sitz ist. Andererseits wirkt sich eine hohe Reibung zwischen der Schreibkugel und ihrem Sitz nachteilig auf die Lebensdauer der Schreibkugel aus. Weiterhin erzeugt eine glatte Schreibkugel wegen der fehlenden Speicherfähigkeit für Schreibflüssigkeit oder Tinte als Schreibspur eine Schmierspur, und keine »gedruckte« Spur aus dicht beieinanderliegenden Punkten, die gleichmäßig verläuft und die im Gegensatz zur Schmierspur keine Neigung zur Tröpfchenbildung zeigt. Ferner sind die bekannten Schreibkugeln so ausgebildet, daß sie bei längerem Gebrauch die ihnen bei der Bearbeitung erteilte sphärische Form nicht beibehalten und Abflachungen entwickeln. Dem Erfindungsgegenstand liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine auf glattem Papier nicht rutschende, eine gedruckte Schreibspur erzeugende Schreibkugel aus verdichteten, gesinterten Teilen aus Hartmetallen, wie Wolframkarbid, Nickel oder Kobalt, mit sphärisch gekrümmten, durch unregelmäßige Vertiefungen als Speicher für die Schreibflüssigkeit unterbrochenen Kugelabschnitten zu schaffen, die eine hohe Lebensdauer aufweist.

Schreibkugel für Kugelschreiber

Anmelder:

The Parker Pen Company, Janesville, Wis.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. K. Boehmert

und Dipl.-Ing. A. Boehmert, Patentanwälte,

2800 Bremen, Feldstr. 24

Als Erfinder benannt:
Robert Cowan Shuman, Janesville, Wis.;
Francis John Meinhardt, Edgerton, Wis.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 29. April 1957 (655 623)

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die mit Nickel bzw. Kobalt überzogenen Wolframkarbidteilchen einen durchschnittlichen Durchmesser von höchstens 5 Mikron aufweisen und daß die Summe der Flächen der Kugelabschnitte der

überzogenen Wolframkarbidteilchen mehr als 40% der gesamten gedachten Kugelfläche beträgt.

An der Oberfläche der Schreibkugel gemäß der Erfindung werden die zwischen den Wolframkarbidteilchen vorhandenen Vertiefungen oder Einschnitte von dem als Überzugsmaterial dienenden Nickel bzw. Kobalt gebildet, das durch die Tinte stärker benetzt wird als die von den Vertiefungen umgebenden sphärischen Abschnitte der die Kugeloberfläche bildenden Wolframkarbidteilchen, von denen beim Schleifen der Schreibkugel das Uberzugsmaterial entfernt ist. Durch die bessere Benetzbarkeit des Nickel bzw. Kobalt der Vertiefungen wird die Speicherfähigkeit der Schreibkugel erhöht und einer Tröpfchenbildung vorgebeugt. Die geringe Größe der Wolframkarbidteilchen bewirkt, daß die zwischen den eng aneinanderliegenden Teilchen vorhandenen Vertiefungen nicht so groß sind, daß beim Verschleiß der Schreibkugel Abflachungen auftreten können. In dem mehr als 40 % der gedachten Oberfläche der Schreibkugel von den auf Grund der kleinen Teil; chengröße weitgehend gleichmäßig verteilten, im folgenden auch als »Hochebenen« bezeichneten

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Kugelflächenabschnitte gebildet sind, wird der Ver- gert beispielsweise ein plötzlicher Temperaturanstieg schleiß von Schreibkugel und Sitz niedrig gehalten. zwischen der Schreibkugel und einer Stelle des Kugel-Die neue Schreibkugel weist überdies eine äußerst sitzes die Viskosität der Tinte an der betroffenen

gute Rutschfestigkeit auf. Stelle, so daß die Tinte reichlicher austritt. Bei einer

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des 5 Schreibkugel, bei der die Hohlräume vorherrschen,

Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt wird die durch den Temperaturanstieg bewirkte Aus-

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Schreibkugel und dehnung der Tinte durch die Porosität der Schreib-

des Kugelsitzes teilweise im Schnitt, kugel teilweise ausgeglichen.

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Drauf- Die Schreibkugel gemäß der Erfindung wird vorsieht auf einen Teil der Kugeloberfläche in stark ver- io zugsweise durch bekannte Verfahren der Pulvergrößertem Maßstab, · metallurgie hergestellt. Die Schreibkugel besteht aus F i g. 3 einen schematischen Schnitt durch einen mit Nickel oder Kobalt überzogenen Teilchen von Teil der Schreibkugel in stark vergrößertem Maßstab, Wolframkarbid. Diese Teilchen sind zu einer zusam-F i g. 4 die Fähigkeit der Schreibkugel auf glatten menhängenden Masse komprimiert und dann gesin-Flächen zu schreiben in Abhängigkeit von dem An- 15 tert. Das Ergebnis ist eine durch und durch poröse teil der »Hochebenen« in Prozent, Masse mit Zwischenräumen zwischen den Teilchen. F i g. 5 die Abnutzung des Kugelsitzes in Ab- Die Schreibkugel wird dann zu einer genauen Kugelhängigkeit von dem Anteil der »Hochebenen« in form geschliffen. Diese Bearbeitung durch Schleifen Prozent. ergibt nicht nur eine Hochglanzpolitur der Hoch-F i g. 1 zeigt ein Gehäuse 6 für eine Schreibkugel, 20 ebenen und eine genaue Kugelform des fertigen Erwelches einen durchgehenden Tintenzuführangs- Zeugnisses, sondern sie entfernt auch den Überzug kanal 7 aufweist, der sich zu dem Kugelsitz 8 erwei- von den die Kugeloberfläche bildenden Hochebenen, tert. Der Kugelsitz 8 ist mit Tintenzuführungsnuten 8' Durch geeignete Wahl der Größe der Teilchen wird versehen. Das Gehäuse 6 hat vorn einen Lippenteil 9, eine äußerst vorteilhafte Porosität und Oberflächenweicher zusammen mit dem Kugelsitz 8 die Schreib- 25 struktur der Schreibkugel erzielt. Die Hochebenen kugel 10 hält. bestehen dabei im wesentlichen aus Wolframkarbid, Die Schreibkugel 10 hat eine sehr feine und gleich- welches durch die Tinte weniger benetzt wird als der mäßig gemusterte Oberfläche, deren Ausbildung we- Nickel- oder Kobaltüberzug, aus dem die zwischen sentlich ist. Sie enthält eine Reihe von scharf be- den Hochebenen gebildeten Vertiefungen bestehen, grenzten »Hochebenen«, zwischen denen sich kanal- 30 Diese besondere Anordnung an der Oberfläche der artige Vertiefungen befinden, die im folgenden auch Schreibkugel beseitigt die Tröpfchenbildung ganz als Hohlräume oder Kanäle bezeichnet werden. oder setzt sie wesentlich herab.

Aus F i g. 2 und 3 geht die Feinstruktur der Eine derartige Schreibkugel besteht aus einem Ma-

Schreibkugel hervor. Jedes der Teilchen 11, die zu- terial, das härter ist als jeder der Bestandteile der in sammengesintert werden und in ihrer Gesamtheit die 35 Frage kommenden Schreibfläche. Für Schreibflächen Masse der Schreibkugel ausmachen, besteht aus aus Papier bedeutet dies im allgemeinen, daß die einem inneren Kern lla und einem äußeren Überzug Schreibkugel härter ist als Quarz bzw. Silizium-11 b. Die Teilchen 11 schließen Hohlräume 12 dioxyd, da dies die hauptsächlichen Bestandteile der zwischen sich ein. Die äußeren, polierten Oberflächen Tonerden sind, mit denen die Papiere geschichtet der Hochebenen der Kugeloberfläche setzen sich zu- 4° werden. Es ist wesentlich, daß die Schreibkugel härter sammen aus der Fläche lla', als der Oberfläche des ist als die Bestandteile des Papiers, so daß die Kaninneren Kerns 11 α aus Wolframkarbid und der diese ten der Hochebenen erhalten bleiben und sich nicht Flächella' umgebenden Fläche life' als der Ober- durch Abschleifen verändern.

fläche der Kante des Überzuges 11 b aus Nickel bzw. Die ganze (gedachte oder scheinbare) Oberfläche

Kobalt. 45 der Schreibkugel besteht aus der Summe der Einzel-

Wie sowohl aus Fig. 2 als auch aus Fig. 3 zu flächen aller Hochebenen plus der Summe der auf die ersehen, sind die Hohlräume 12 in jeder Richtung, Kugeloberfläche bezogenen Flächen der Vertiefungen sowohl über die Oberfläche der Schreibkugel hin als zwischen den Hochebenen. Die Fähigkeit einer geauch durch die Schreibkugel hindurch, miteinander musterten Schreibkugel, auf einer glatten Fläche zu verbunden. Der Vorteil einer solchen Struktur liegt 50 schreiben, ist im wesentlichen von dem Verhältnis darin, daß eine plötzliche Umkehrung der Schreib- der Gesamtfläche der Hochebenen zur scheinbaren richtung keine Unterbrechung der Schreiblinie ergibt, Gesamtfläche der Vertiefungen abhängig. Fig. 4 da die Zwischenräume oder Kanäle frische Tinte an zeigt eine Kurve, die diese Abhängigkeit veranschaudiejenigen Stellen der Schreibkugel heranführen, die licht. Auf die Abzisse ist der Anteil der Hochebenen mit dem Papier in Berührung stehen, obwohl die 55 in Prozent an der Gesamtoberfläche der Schreibkugel Schreibkugel sich nicht in entgegengesetzter Richtung und auf der Ordinate die Fähigkeit der Schreibkugel, an der Tintenzuführung vorbeigedreht hat. Ferner auf platten Flächen zu schreiben, aufgetragen. Für wirken die Hohlräume oder Kanäle als kapillare Vor- einen Anteil der Hochebenen von 50 % der Kugelratsräume, die die Tinte unterhalb der Oberfläche oberflächen oder weniger ist die Fähigkeit der Kugel, der Schreibkugel speichern und nur dann abgeben, 60 auf glatten Flächen zu schreiben, am größten und wenn die Schreibkugel mit einer Fläche von feinerer ändert sich nicht mit dem Anteil der Hochebenen. Kapillarität in Berührung kommt, beispielsweise mit Zwischen 50 und 60% dagegen hat die Kurve einen den feinen Poren des Schreibpapiers. Die genannte scharfen Knick; wenn der Anteil der Hochebenen Struktur und die kontinuierliche Verbindung der weiter ansteigt, nimmt die Fähigkeit der Schreibkugel, Tintenkanäle ergibt ferner eine Schmierung, die bei 65 auf glatten Flächen zu schreiben, außerordentlich einem plötzlichen, durch Reibung hervorgerufenen schnell ab. Bei etwa 80% hat die Kurve wieder einen Temperaturanstieg zur Geltung kommt. Bei Be- scharfen Knick, so daß über diesen Wert hinaus die nutzung der bisher bekannten Schreibkugeln verrin- Fähigkeit der Schreibkugel, auf glatten Flächen zu

schreiben, am geringsten ist und sich weiterhin nicht mehr mit steigendem Anteil der Hochebenen ändert. Wie aus den F i g. 4 und 5 hervorgeht, ist der Anteil der Hochebenen äußerst wichtig. Bei Anteilen über 6O°/o beeinflussen bereits geringe Änderungen des Anteiles der Hochebenen die Fähigkeit der Schreibkugel, auf glatten Flächen zu schreiben, sehr stark. Ein Anteil der Hochebenen von 7O°/o oder weniger gewährleistet eine gute Fähigkeit der Schreibkugel, auf glatten Flächen zu schreiben, während bei Anteilen über 70% diese Fähigkeit sehr stark abzunehmen beginnt. Der prozentuale Anteil der Hochebenen sollte daher weniger als 70% der scheinbaren Gesamtoberfläche der Schreibkugel betragen.

Weiterhin steht die Größe der Abnutzung des Kugelsitzes in einem funktioneilen Zusammenhang mit dem Anteil der Hochebenen an der Gesamtoberfläche der Schreibkugel. Für eine gegebene Härte des Kugelsitzes hat dieser Anteil einen kritischen Wert, bei dessen Unterschreiten um einen geringen Betrag die Abnutzung bis zu gänzlich untragbaren Werten ansteigt, während oberhalb des kritischen Wertes jedoch die Abnutzung vernachlässigkar klein ist und sich nicht nennenswert mit dem Anteil der Hochbenen ändert. F i g. 5 erläutert diese Abhängigkeit, wobei die Abnutzung durch die Größe des Zurückweichens der Schreibkugel nach einer bestimmten Schreibzeit bestimmt wurde. Diese Kurve ist das Ergebnis von Versuchen mit einer Schreibkugel aus Wolframkarbid, die in einem Bronzesitz gelagert war. Die Kurve hat bei einem Anteil der Hochebenen von etwa 40% einen sehr scharfen Knick. Bei Anteilen über 40% ist die Abnutzung sehr gering und vernachlässigbar klein. Bei Anteilen unter 40% jedoch nimmt die Abnutzung sehr stark mit dem Anteil zu. Bei Verwendung härterer Materialien für den Kugelsitz liegt der kritische Punkt (der scharfe Knick der Kurve) bei Werten, die kleiner sind als 40%. Bei einem Kugelsitz aus einem sehr harten Material kann er bis auf etwa 10% sinken.

Aus F i g. 4 und 5 geht hervor, daß bei einer guten Fähigkeit der Schreibkugel, auf glatten Flächen zu schreiben und bei gleichzeitig vernachlässigbar kleiner Abnutzung des Kugelsitzes der Anteil der Hochebenen zwischen 10 und 70% liegen muß. Bei den zur Zeit vorzugsweise verwendeten Stoffen für den Kugelsitz, insbesondere Bronze oder ähnlichen Stoffen von etwa der gleichen Härte, muß der kritische Bereich des Anteiles der Hochebenen zwischen etwa 40 und 70% liegen.

Um beste Ergebnisse zu erzielen, muß die Größe der Fläche der einzelnen Hochebenen, 11 d plus 11 b', ebenfalls innerhalb bestimmter Grenzen liegen.

Die Fläche der einzelnen Hochebenen kann zwischen 1 und 100 Quadratmikron schwanken; der Durchschnittswert liegt bei etwa 25 Quadratmikron.

Wenn die Schreibkugel mittels Sinterung hergestellt wird, bestimmt die Größe der zur Herstellung der Schreibkugel verwendeten Teilchen die Größe der einzelnen Hochebenen. Um die beschriebenen vorteilhaften Größen und das richtige Verhältnis der Gesamtfläche der Hochebenen zur Gesamtfläche der

ίο Vertiefungen zu erhalten, soll die Größe der verwendeten Teilchen durchschnittlich etwa 5 Mikron oder weniger im Durchmesser betragen.

Die Schärfe der Kanten, die die Hochebenen begrenzen, ist ebenfalls ein entscheidender Faktor für den Eingriff der Schreibkugel mit dem Papier und die Abnutzung des Kugelsitzes. Es wurde gefunden, daß der Krümmungsradius dieser Kanten zwischen etwa ¹Zi und 1 Mikron liegen muß, um günstige Ergebnisse hinsichtlich der beiden genannten Faktoren zu erzielen.

Ferner ist die Neigung der Seitenwände oder »Abhänge« der Hochebenen ein entscheidender Faktor für den Eingriff der Schreibkugel mit dem Papier. Diese Neigung wird definiert als der Winkel, den die Oberfläche der Hochebene des Wolframkarbidteilchens mit der in das Innere der Schreibkugel verlaufenden Seitenfläche des Wolframkarbidteilchens einschließt. Optimale Werte für diesen Winkel sollten zwischen etwa 30 und 150° liegen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schreibkugel für einen Kugelschreiber aus verdichteten, gesinterten Teilchen aus Hartmetallen, wie Wolframkarbid, Nickel oder Kobalt, mit sphärisch gekrümmten Kugelabschnitten, die durch unregelmäßige, als Speicher für die Schreibflüssigkeit dienende Vertiefungen unterbrochen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Nickel bzw. Kobalt überzogenen Wolframkarbidteilchen einen durchschnittlichen Durchmesser von höchstens 5 Mikron aufweisen und daß die Summe der Flächen der Kugelabschnitte der überzogenen Wolframkarbidteilchen mehr als 40% der gesamten gedachten Kugelfläche beträgt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 894064, 940 872, 974966,975 050;

   französische Patentschriften Nr. 945 810,1003 947; britische Patentschrift Nr. 526 288;
   USA.-Patentschriften Nr. 2396058, 2666416, 2684 052,2712299.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen