DE3805215A1 - Verfahren zur herstellung einer kunststoffschreibwalze fuer schreib- oder aehnliche bueromaschinen - Google Patents

Description

Bei der Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zur Her­ stellung einer Kunststoffschreibwalze für Schreib- oder ähnliche Büromaschinen, wobei die Schreibwalze eine kompakte Außenhaut und einen geschäumten Kern aufweist.

Schreibwalzen für Büromaschinen stellen, da sie sehr unterschied­ lichen konstruktiven Bedingungen genügen müssen, verhältnismäßig aufwendige und damit teuere Bauteile dar. Der traditionelle Auf­ bau einer Schreibwalze sieht einen walzenförmigen Grundkörper, bestehend aus einem Metall- oder Kunststoffrohr vor, in dem koaxial eine Lagerachse oder zumindest Achsstummel aus Metall an­ geordnet sind. Auf den Grundkörper ist ein Mantel, zumeist aus Gummi, aufgebracht, der zum Erreichen einer ausreichenden Ober­ flächengenauigkeit und -beschaffenheit überschliffen werden muß. Zur Realisierung der Bewegung der Schreibwalze bzw. deren Rastung befinden sich häufig auf der Lagerachse, drehfest zu dieser ange­ ordnet, sogenannte Zeilenschaltrad-Rastrad-Kombinationen, wobei zur Durchführung einer Zeilenschaltung eine maschinenseitig ange­ ordnete Schaltklinke in das Zeilenschaltrad eingreift und die Schreibwalze um zumindest den Bruchteil eines Zeilenabstandes verdreht. In den jeweiligen über Zeilenschaltklinke und Zeilen­ schaltrad herbeigeführten Positionen wird die Schreibwalze durch eine mit dem Rastrad in Eingriff stehende gefederte Rastnase, die gestellfest angeordnet ist, verrastet. Derartige Zeilenschaltrad- Rastrad-Kombinationen können an beiden Seiten der Schreibwalze vorgesehen sein, sodaß sowohl die Drehung in Vorwärtsrichtung, als auch die in Rückwärtsrichtung, möglich ist. Für das Ver­ drehen der Schreibwalze von Hand ist, zumindest an einem Ende der Lagerachse ein Walzendrehknopf drehfest angeordnet.

Um bei den Schreibwalzen der vorstehend beschriebenen Art ein akzeptables akustisches Verhalten zu erzielen, waren im Inneren des röhrenförmigen Grundkörpers entweder Stege zur Unterteilung oder Füllungen mit unterschiedlichsten Materialien vorgesehen.

Um den komplizierten Aufbau der Schreibwalze bzw. deren Fertigungsprozeß zu vereinfachen, wurde in der DE-PS 15 61 267 bereits vorgeschlagen, eine Lagerachse mit Kunststoff so zu um­ spritzen, daß sich ein walzenförmiger Grundkörper ergibt, an dessen einem Ende ein Zeilenschaltrad angeformt ist. Die Ober­ fläche des walzenförmigen Grundkörpers wird mit einem Gummimantel überzogen, sein Inneres ist durch entlang der Lagerachse ver­ laufende Stege in Kammern eingeteilt.

Eine derartige Schreibwalze ist zwar gegenüber der weiter oben beschriebenen traditionellen Form weitaus einfacher aufgebaut und mit sehr viel weniger Aufwand zu fertigen, kann aber auf einen Gummimantel zum Erreichen eines vertretbaren Schriftbildes nicht verzichten.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 36 07 415 ist eine Walze für Büromaschinen bekannt, die aus einer Welle und einem auf dieser angeordneten Walzenhauptkörper aus Polyurethanharz be­ steht. Der Walzenhauptkörper ist dabei mit Hilfe des Integral­ schäumverfahrens so gebildet, daß eine innere Schaumschicht ohne deutliche Grenze allmählich in eine äußere kompakte Hautschicht übergeht. Die Walze soll bei entsprechender Einstellung des Materials auch als Druckwalze bei Schreib- oder ähnlichen Büro­ maschinen einsetzbar sein.

Derartige Schreibwalzen weisen zwar eine Oberflächenbeschaffen­ heit auf, die in etwa der Oberflächenbeschaffenheit gummiüber­ zogener Schreibwalzen entspricht. Das verwendete Material Poly­ urethanharz erlaubt es aber nicht, auf Verschleiß beanspruchte Elemente wie z.B. Zeilenschaltrad, Rastrad und ähnliches ein­ stückig mit dem Walzenkörper auszubilden. Darüberhinaus ist dieses Material für eine im Dauerbetrieb beanspruchte Druckgegen­ lage wenig geeignet, weil aufgrund seiner Beschaffenheit mit einer Zerstörung der Oberfläche zu rechnen ist.

Unter Vermeidung der vorstehend aufgezeigten Mängel bekannter Schreibwalzen ist es deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Fertigungsverfahren für Schreibwalzen anzugeben, das es erlaubt die Schreibwalze mit weiteren Funktionselementen in einem Arbeitsgang aus dem gleichen Material vorzugsweise einstückig herzustellen. Darüber hinaus gehört es zur Aufgabe besonders vor­ teilhafte Ausbildungen von nach diesem Verfahren hergestellten Schreibwalzen anzugeben.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß dem Verfahren nach dem Kennzeichen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen von nach dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 hergestellten Schreibwalzen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht insbesondere darin, daß eine Schreibwalze zusammen mit weiteren Funktions­ elementen wie z.B. Zeilenschaltrad, Rastrad, Lagerachsen, Zahn­ rädern oder dem Walzendrehknopf einstückig im gleichen Arbeits­ gang herstellbar ist, derart, daß sich im Bereich der Schreib­ walzenoberfläche und im Bereich der weiteren Funktionselemente, trotz Verwendung des gleichen Materials, entsprechend den ver­ schiedenen Aufgaben, die zu erfüllen sind, eine jeweils an die Aufgabe angepaßte Materialbeschaffenheit ergibt.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Schreibwalze mit im gleichen Arbeitsgang ge­ fertigter Zeilenschaltrad-Rastrad-Kombination in Schnittdarstellung;

Fig. 2 eine einstückig ausgeführte Schreibwalze mit Zeilen­ schaltrad-Rastrad-Kombinationen und Innenlagerung in Schnittdarstellung;

Fig. 3 eine einstückig ausgeführte Schreibwalze mit Zeilen­ schaltrad-Rastrad-Kombination und angeformtem Walzendrehknopf in Schnittdarstellung.

Bevor die konstruktiven Details der Darstellungen in den Fig. 1 bis 3 näher erläutert werden wird zunächst auf den Herstellungs­ prozeß der Schreibwalze eingegangen.

Die Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffen mittels des Thermoplastschaumguß-Verfahrens, kurz TSG-Verfahren genannt, zu im allgemeinen als Strukturschaum-Formteile bezeichnete Teilen ist in der Kunststoffverarbeitung allgemein bekannt. Eine der­ artige Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffen sieht vor, den üblicherweise als Granulat vorliegenden thermoplastischen Kunststoff gegebenenfalls unter Beimischung eines Haftvermittlers mit einem Treibmittel zu vermischen, wobei der Anteil an Treib­ mittel von den übrigen Materialparametern bzw. von den Verar­ beitungsparametern abhängt.

Die Verarbeitung des Kunststoff-Treibmittel-Gemisches erfolgt be­ vorzugt auf speziell für die Herstellung von Strukturschaumform­ teilen ausgelegten Spritzgußmaschinen, derart, daß das plastifi­ zierte Kunststoffmaterial bei Erreichen der Reaktionstemperatur des Treibmittels in die Form verbracht wird. Füllmenge und Füll­ geschwindigkeit richten sich dabei nach der gewünschten Raum­ dichte des Formteils.

TSG-Formteile weisen an ihren Außenflächen eine rauhe, gehobeltem Holz nicht unähnliche Struktur auf, da zwar die einströmende Schmelze die gesamte Innenwandung der Form berührt, die Innenzone der Wandung aber wegen des freiwerdenden Treibgases nicht voll­ ständig mit Schmelze ausgefüllt wird. Der übliche Querschnitt von Strukturschaum-Formteilen zeigt eine verhältnismäßig kompakte ge­ schlossene Außenhaut und einen geschäumten Kern.

Nach dem TSG-Verfahren hergestellte Formteile eignen sich auf­ grund der vorstehend beschriebenen Oberflächenstruktur vor allem für Gehäuseteile, eine Anwendung für hochpräzise Konstruktions­ teile wie z.B. Schreibwalzen für Schreib- oder ähnliche Büro­ maschinen an die weitere Funktionselemente wie z.B. Zeilenschalt­ rad-Rastrad-Kombinationen angeformt sind, scheidet jedoch wegen der besagten Oberflächenstruktur aus. Eine Nachbearbeitung führt wegen der noch vorhandenen geringen Anteile an Gasblasen im Bereich der Außenhaut nicht zum Erfolg.

Es wurde bei entsprechenden Versuchen gefunden, daß bei Auswahl einer bestimmten Werkstoffgruppe und bei entsprechendem Ein­ stellen der Fertigungsparameter, Formteile herstellbar sind, die insbesondere im Hinblick auf ihre Oberflächenbeschaffenheit, aber auch hinsichtlich ihrer Querschnittstruktur und ihrer Festig­ keitseigenschaften, von nach dem weiter oben geschilderten TSG- Verfahren gefertigten Formteilen in der Weise abweichen, daß sie bei entsprechender Ausbildung, ohne eine Nachbearbeitung, als Schreibwalzen für Schreib- und ähnliche Büromaschinen einsetzbar sind.

Bei der erwähnten Werkstoffgruppe handelt es sich um schlagzähe Polyolefine, bevorzugt schlagzähes Polypropylen. Die Verarbeitung dieses Materials erfolgt in der Weise, daß zunächst das in Granulatform vorliegende Kunststoffmaterial mit einem verzögert reagierenden Treibmittel vermischt wird. Der eigentliche Spritz­ gießvorgang erfolgt mit den für TSG-Formteile gebräuchlichen Ma­ schinen in der Weise, daß das plastifizierte Material mit ver­ hältnismäßig hoher Fließgeschwindigkeit in die Form verbracht wird, wobei die Form in Abhängigkeit von der gewünschten Quer­ schnittstruktur mit unterschiedlicher Kühlwirkung gekühlt ist.

Durch die verzögerte Reaktion des Treibmittels und die auf die Verzögerungszeit abgestimmte Kühlwirkung der Form ergibt sich ein vollständiges Ausfüllen der Innenwandung der Form mit Schmelze und damit eine glatte Oberfläche des Formteils und eine Quer­ schnittstruktur, die an stark gekühlten Teilen der Form, die die späteren Funktionsteile wie Zeilenschaltrad-Rastrad-Kombination, Lagerachsen, konzentrisch zur Schreibwalze angeordnete Lageraus­ nehmungen und ähnliches bilden, keinen Schaumanteil aufweisen, während die Schreibwalze selbst durch weniger starke Kühlung dieses Bereichs der Form eine vollständig geschlossene Außenhaut und einen geschäumten Kern besitzt. Aufgrund der zahlreichen, den Fertigungsprozeß beeinflussenden Parameter kann keine allgemein gültige Kombination von Kühltemperatur, Verzögerungszeit hin­ sichtlich des Reaktionszeitpunktes des Treibmittels - und damit Zusammensetzung desselben - sowie Verarbeitungstemperatur des Kunststoffmaterials usw. angegeben werden. Es ist hier die günstigste Kombination durch Auswahl der bekannten Treibmittel und entsprechende Verarbeitungstemperatur bzw. Kühltemperatur in einer Versuchsreihe zu ermitteln. Gleiches trifft auf die Lage der Angüsse zu, die ebenfalls in einer Versuchsreihe zu optimieren sind.

Die Materialauswahl, schlagzähes Polypropylen, bedingt Ver­ schleißfestigkeit im Bereich der vorstehend angesprochenen Funktionselemente, eine glatte Oberfläche und in Verbindung mit der Schaumstruktur im Bereich der Schreibwalze, eine ausreichende Elastizität, so daß die Möglichkeit gegeben ist, eine Schreib­ walze einstückig in einem einzigen Arbeitsgang zu fertigen, wobei sämtliche Nachbearbeitungsvorgänge entfallen können. Die größere Härte der Schreibwalze im Druckbereich erlaubt es, die Abdruck­ kraft, gegenüber der bei konventionellen Schreibwalzen, bei gleichem Druckergebnis erheblich zu reduzieren, was infolge davon eine Verbilligung des Abschlagsystems bei Schreibmaschinen und Druckern der vorstehend genannten Art mit sich bringt. Der Werk­ stoff Polyolefin bewirkt darüberhinaus durch seine günstigen Dämpfungseigenschaften eine erhebliche Verringerung des Abschlag­ geräusches. Dieser Effekt wird durch die Schaumstruktur im Inneren der Schreibwalze und die reduzierte Abdruckkraft unter­ stützt.

Einige Ausführungsbeispiele für nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren gefertigte Schreibwalzen, werden im folgenden näher er­ läutert.

Fig. 1 zeigt eine Schreibwalze 1 in die seitlich Stummelachsen 2, 3 eingegossen sind. Auf der Stummelachse 2 ist darüber hinaus eine Schaltrad-Rastrad-Kombination 4 angeordnet. In dem Bereich, der Stummelachsen 2, 3 die in die Schreibwalze 1 hineinragen, sind diese gerändelt, so daß eine drehfeste Verbindung zwischen Schreibwalze 1 und Stummelachsen 2, 3 gewährleistet ist. Die Stummelachse 2 weist darüber hinaus im Bereich der Zeilenschalt­ rad-Rastrad-Kombination 4 ebenfalls eine Rändelung auf, so daß auch diese auf der Stummelachse 2 drehfest gehalten ist. Die Schnittdarstellung zeigt deutlich, daß die Schreibwalze 1 an ihrer Oberfläche sowie an ihren Stirnseiten und im Bereich der in die Schreibwalze hineinragenden Stummelachsen 2, 3 eine kompakte Haut 5 aufweist, während der Kern 6 geschäumt ist. Die Zeilen­ schaltrad-Rastrad-Kombination 4 ist ganz aus kompakten Material ohne jede Schaumstruktur.

Die Herstellung der vorstehend beschriebenen Schreibwalze 7 er­ folgt nach dem weiter oben beschriebenen Verfahren in der Weise, daß die die Oberfläche der Schreibwalze 7 bildenden Teile der Form weniger stark gekühlt sind als die Stummelachsen 2, 3 und die die Zeilenschaltrad-Rastrad-Kombination 4 bildenden Teile der Form.

Ein anderes Ausführungsbeispiel einer Schreibwalze ist in Fig. 2 ebenfalls in Schnittdarstellung gezeigt. Eine Schreibwalze 7 ist an ihren beiden Enden mit einer angeformten Zeilenschaltrad-Rast­ rad-Kombination 8 versehen und weist ebenfalls an beiden Enden Anformungen 9 auf, in denen konzentrisch zur Schreibwalze Lager­ ausnehmungen 10 angeordnet sind. Wie die Schnittdarstellung deut­ lich zeigt, ist auch bei diesem Beispiel der Bereich der Schreib­ walze 7 der als Druckgegenlage dient durch eine etwas geringere Kühlung dieses Formteils im Inneren geschäumt und weist im Außen­ bereich 7 a eine kompakte Außenhaut auf. Die beiden Stirnseiten der Schreibwalze 7 die als Zeilenschaltrad-Rastrad-Kombinationen 8 und Lageranordnungen 9, 10 ausgeführt sind, weisen, aufgrund der stärkeren Kühlung dieser Formteile beim Herstellungsprozeß, durchgehend kompakte Materialbeschaffenheit auf und sind deshalb für die ihnen zugedachte Funktion ausreichend verschleißfest. Er­ gänzend ist zu erwähnen, daß die Lagerung der Schreibwalze im Inneren der Schreibmaschine dadurch erfolgt, daß an das Schreib­ maschinengestell angeformte Lagerzapfen (nicht dargestellt) in die Ausnehmungen 10 eingreifen. Zum Verhindern des axialen Spiels bei gleichzeitiger geringer Reibung können entweder an der Schreibwalze oder am Gestell der Schreibmaschine Anlaufringe (nicht dargestellt) vorgesehen sein.

Vorteilhaft bei diesem Schreibwalzenkonzept ist, daß die Schreib­ walze mit weiteren Funktionselementen einstückig ausgeführt ist und in einem Arbeitsgang hergestellt werden kann. Auf diese Weise läßt sich der Herstellungsprozeß vollständig automatisieren.

Fig. 3 zeigt schließlich, ebenfalls in Schnittdarstellung, eine Schreibwalze 11 die neben einer Zeilenschaltrad-Rastrad- Kombination 12 eine angeformte Lagerachse 13 und einen an diese angeformten Walzendrehknopf 14 aufweist. Die Lagerachse 13 wird von einem im Gestell 15 der Schreibmaschine angeordneten teil­ baren Lager 16, das mit einem Anlaufring 17 versehen ist, um­ schlossen und ragt mit dem angeformten Walzendrehknopf 14 durch das Gehäuse 18 der Schreibmaschine hindurch nach außen. Auch hier zeigt die Schnittdarstellung deutlich, daß die Schreibwalze 11 im die Druckgegenlage bildenden Außenbereich 19, ebenfalls durch eine etwas geringere Kühlung dieses Teils der Form beim Fertigungsprozeß, eine kompakte Außenhaut aufweist, während der Kern 20 geschäumt ist. Die Stirnseite der Schreibwalze mit der Zeilenschaltrad-Rastrad-Kombination 12 und der daran angeformten Lagerachse 13 mit dem Walzendrehknopf 14 zeigt, durch ent­ sprechende Kühlung der Form in diesem Bereich während des Fertigungsprozesses, kompakte Materialbeschaffenheit und kann auch hier, durch die so erzielte Verschleißfestigkeit, die ihr zugedachten Funktionen übernehmen.

Der in Fig. 3 nicht dargestellte rechte Teil der Schreibwalze kann ebenfalls eine Schaltrad-Rastrad-Kombination und eine daran angeformte Lagerachse aufweisen oder entsprechend der Darstellung in der Fig. 2 ausgeführt sein. Die Lagerung erfolgt dann ent­ sprechend.

Selbstverständlich stellen die in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 erläuterten Funktionselemente nur Beispiele dar, hier sind weitere Funktionselemente wie z.B. Zahnräder, die mit einem maschinenseitigen Antrieb in Wirkverbindung stehen oder solche Zahnräder, die auf extern angeordnete Papiertransporteinrich­ tungen wirken, denkbar.

Der Einsatz des weiter oben dargestellten Verfahrens zur Fer­ tigung von Schreibwalzen macht es erstmals möglich, Schreibwalzen und ihnen zugeordnete Funktionselemente wie z.B. Zeilenschaltrad- Rastrad-Kombinationen, Lagerachsen, Walzendrehknopf usw. trotz der unterschiedlichen Anforderungen an einerseits die Funktions­ elemente und andererseits die eigentliche Druckgegenlage, in einem Arbeitsgang einstückig vorzugsweise vollständig aus Kunst­ stoff herzustellen. Darüber hinaus kann aufgrund der mit dem Fertigungsverfahren erzielbaren Maßhaltigkeit und Oberflächenbe­ schaffenheit auf jede Nachbearbeitung verzichtet werden, insbe­ sondere ist das Aufziehen eines Gummimantels, wie er bei konven­ tionellen Schreibwalzenkonstruktionen verwendet wird, unnötig, da die durch das Fertigungsverfahren erzielbare Querschnittstruktur mit einem geschäumten Kern und einer kompakten Außenhaut direkt als Druckgegenlage dienen kann, wobei, wie weiter oben bereits erwähnt, die Abschlagkraft des Abschlagsystems bzw. die kine­ tische Energie mit der die Drucktype auf der Druckgegenlage auf­ trifft erheblich reduziert werden kann, ohne daß die Abdruck­ qualität darunter leidet. Dieser Umstand bringt neben der Ver­ billigung des Abschlagsystems eine entsprechende Verringerung des Abschlaggeräusches mit sich.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffschreibwalze für Schreib- oder ähnliche Büromaschinen, wobei die Schreibwalze eine kompakte Außenhaut und einen geschäumten Kern aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein schlag­ zähes Polyolefin unter Zusatz eines verzögert reagierenden Schäumungsmittels und bei partiell unterschiedlicher Kühl­ wirkung der Form im Spritzgießverfahren verarbeitet wird, derart, daß der Reaktionszeitpunkt des Schäumungsmittels und die Kühlwirkung an unterschiedlichen Teilen der Form so auf­ einander abgestimmt sind, daß im Bereich der Schreibwalzen­ oberfläche (5, 7 a, 19) sowie im Bereich wenigstens eines weiteren mit der Schreibwalze (1, 7, 11) im selben Spritz­ gießvorgang gefertigten Funktionselementes (4, 8, 9, 10, 12, 13, 14) der Werkstoff aushärtet bevor das Schäumungsmittel reagiert.

2. Schreibwalze, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Patentan­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionselement ein Zeilenschaltrad ist.

3. Schreibwalze, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Patentan­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionselement eine Zeilenschaltrad-Rastrad-Kombina­ tion (4, 8, 12) ist.

4. Schreibwalze, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Patentan­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionselemente axial an die Schreibwalze angeformte Lagerzapfen (13) sind.

5. Schreibwalze, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Patentan­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionselemente koaxial in der Schreibwalze ange­ ordnete Lagerausnehmungen (10) sind.

6. Schreibwalze, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Patentan­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionselement ein Walzendrehknopf (14) ist.

7. Schreibwalze, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Patentan­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionselement wenigstens ein Zahnrad ist.