EP1329337A1 - Werkzeug zur Herstellung von Kugelschreiberspitzen - Google Patents

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EP1329337A1
EP1329337A1 EP02450008A EP02450008A EP1329337A1 EP 1329337 A1 EP1329337 A1 EP 1329337A1 EP 02450008 A EP02450008 A EP 02450008A EP 02450008 A EP02450008 A EP 02450008A EP 1329337 A1 EP1329337 A1 EP 1329337A1
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EP
European Patent Office
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tool
cone
axis
ballpoint pen
tool according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02450008A
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Friedrich SCHÄCHTER
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BIC SA
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Priority to EP03712255A priority patent/EP1465781B1/de
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Priority to PCT/FR2003/000150 priority patent/WO2003059647A1/fr
Priority to DE60313284T priority patent/DE60313284T2/de
Priority to CNB038024160A priority patent/CN100377893C/zh
Priority to AU2003216735A priority patent/AU2003216735B2/en
Priority to CA2473055A priority patent/CA2473055C/fr
Priority to ES03712255T priority patent/ES2286417T3/es
Priority to JP2003559787A priority patent/JP4348193B2/ja
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B43—WRITING OR DRAWING IMPLEMENTS; BUREAU ACCESSORIES
    • B43K—IMPLEMENTS FOR WRITING OR DRAWING
    • B43K1/00—Nibs; Writing-points
    • B43K1/08—Nibs; Writing-points with ball points; Balls or ball beds
    • B43K1/084—Ball beds
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    • Y10T408/34—Combined cutting means
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    • Y10T408/00—Cutting by use of rotating axially moving tool
    • Y10T408/34—Combined cutting means
    • Y10T408/348—Plural other type cutting means
    • Y10T408/35—Plural other type cutting means including plural rotating tools

Definitions

  • the invention relates to a tool for producing ballpoint pen tips, so-called raw points in their seating area and preferably in their cone area. Furthermore, The invention relates to the manufacture of such tools and their assembly in high-speed precision spindles.
  • the invention aims to produce a raw point with unprecedented accuracy.
  • the invention is explained below with reference to the drawing. It shows 1 shows a ballpoint pen tip, as can be produced, for example, with the tool according to the invention, 2 an inventive tool and 3 and 4 a particularly preferred variant of a tool according to the invention.
  • Fig. 1 shows a ballpoint pen tip after completion of machining (raw point) with a ball used only for explanation.
  • Such pen tips usually consist of easily machinable, short-chipped brass or nickel silver.
  • a ballpoint pen tip 1 is very complex. in the essentially it has a central feed channel 2 for the ballpoint pen paste, hereinafter Simplified called ink, which in a seat area 3 by means of a bore 2a for the ball 4 opens.
  • This seating area 3 consists essentially of a to the bore 2a subsequent pilot hole 3a, an annular bottom surface 3b and one cylindrical bore 3c, which opens at an end face 3d.
  • the outer contour adjoining the end face 3d consists of a cone 5a which forms the so-called lip 9 together with the seating area 3. Connects to the cone 5a in the illustrated embodiment, a cone 5b on a shoulder 5c, the Training and function is explained below. This is followed by one Shoulder 6 and a shaft 7.
  • Ballpoint pen tip is in the range of less than one Dollar cents.
  • the pilot bore 3a is exactly concentric with the shoulder 3b and the cylindrical bore 3c.
  • the end face 3d must be exactly rotationally symmetrical to the axis 3e of the seating area 3 be formed.
  • the cone 5a must also be arranged exactly concentrically to the axis 3e his.
  • the "form and position deviations" are under “exact” understood to the extent of 0.001 times the nominal diameter of the bore 3c.
  • pilot hole 3a In addition to the concentricity between the pilot hole and the shoulder, there is also the length pilot hole 3a is important for the following reasons: After machining of the ballpoint pen tip, the ink channels are in the area of the transition created from the pilot bore 3a to the shoulder 3b by means of an embossing tool and it the ball is pressed into its seat in the axial direction. It also has to occur of "flags", which arise during this processing according to the material displacement to the axis back can be ensured that the ink flow in the finished ballpoint pen tip can be done properly, which is indicated by a sufficient depth of the pilot hole is ensured.
  • Fig. 1 shows on its left side the shape of the cold-pressed blank 8 from the in As a result, the holes 2 and 2a, the seating area 3 and the cone 5a were machined becomes.
  • Fig. 1 also shows a fictitious ball 4 around the protrusion of the ball over the Illustrate end face 3d.
  • ink channels are embossed into the annular seat 3b, the ball becomes inserted, pressed into the seat and the lip area is crimped around the ball.
  • flanging for example with a spinner head, a microscopically precise, narrow, annularly curved gap is formed concentrically around the ball 4 and to the seat. The geometrical accuracy of this gap is a prerequisite for a quality ballpoint pen tip.
  • the bearing of the precision spindle consists of strongly preloaded ball bearings with a Contact angle between 15 ° and 30 °, preferably hybrid bearings, of the highest accuracy class (ABEC 9) in a spindle housing, the accuracy of which is IT 01 to IT 1, Dimensions, cylindricity, concentricity, parallelism, lies.
  • the surfaces that are used for recording of the bearings used should not exceed a roughness of Ra 0.1. Due to these accuracies, the preload of the bearings can exceed the usual limits out without causing undue heating of the spindle.
  • Lubrication system of the bearing is suitable for example oil mist. It is also a non-contact Seal to limit the frictional heat, for example a labyrinth seal, necessary. With such spindles, concentricity can also be controlled become.
  • PCD polycrystalline diamond
  • EDM electro discharge machining
  • wire EDM wire erosion
  • This Tool is made from a cylindrical rod with a diameter of, for example 4 mm, with a roundness and cylindricity whose deviation is less than 0.5 ⁇ m, manufactured. This accuracy can be achieved by centerless grinding.
  • monolithic tool 10 has a base region 10a, which explained the above Has roundness and cylindricity and serves as a reference.
  • the base area is preferred 10a at an axial distance from the seat area element (preferably 1.5 mm distance formed by the edge 10b) along its entire circumference.
  • At the top" Area is the base element along edge 10b, the appropriate distance (at least 51% of the diameter of the bore 3c, Fig. 1) from the center, parallel to the axis 16, graduated in the axial direction to the complete base area. This gradation creates the space for a tool part, not shown, which forms the cone area 5a.
  • the seat area element 12, which is the pilot bore 3 a projects from the base Bottom surface 3b, the cylindrical bore 3c and the end face 3d forms.
  • the seat area element 12 has a multiple kink Cutting contour 14, which consists of the following sections:
  • the top section creates the transition from bore 2a to pilot bore 3a, the following section the pilot hole 3a, the annular bottom surface 3b, the cylindrical hole 3c and finally the end face 3d.
  • the cutting contour 14 lies in a breast plane 12a is preferably 0.05 to 0.1 mm above the center of the base 10a (indicated by the Point of intersection of the axis 16 in the surface 12c). This enables the open spaces 12b to form normal to the chest surface 12a, thereby creating a mechanically stable, wear-resistant Cutting geometry is achieved.
  • a correction regarding the diameter of the seating area can be done without removing the one-piece tool part 10, which has the seat area element 12, from the clamping device by moving transversely to the axis 16, the individual Distances of the sections of the seating area 3a, 3b, 3c and 3d on the tool to each other cannot change due to its one-piece nature. By the shift the diameters are only changed simultaneously by the same value. If the If the diameter reaches the desired value, it is also the right thing to do The ball protrudes beyond the end face 3d.
  • This one-piece tool 10 for the seating area is, as explained above, by a Part not shown for the cone area 5a and preferably the shoulder 5c supplemented.
  • the above-mentioned problems of multi-part tools only play one role here negligible role, since the one-piece tool 10 does not have to be removed and due to possible deviations when re-clamping the cone element only that Wall thickness of the lip 9 (Fig. 1) can vary in the micrometer range, but not theirs Concentricity suffers.
  • This independent cone section gives you the option of by sliding it with respect to the one-piece part 10 along the edge 10b limited, parallel to the axis 16 plane, the thickness of the lip 9 independently influenced by the diameters of the seating area 3.
  • FIG 3 and 4 show a tool according to the invention, in which both the seat area element 12 and a cone element 13 in one piece on a common base part 10a are formed.
  • the cone element forms 13 the cone 5a and the shoulder 5c (Fig. 1).
  • the cone element 13 has a chest surface 13a, which is preferably through the center of the Base 10a goes (through axis 16) and an angle larger with respect to chest surface 12a than 90 °, preferably about 120 °. This way you can achieve both Space for the removal of the chips from both cutting contours 14, 15 and sufficient mechanical Strength of both elements 12, 13.
  • FIGS. 3 and 4 shows the depth in the axial direction Incision in front of the chest surface 13a and the groove between the seating area element 12 and the cone element 13. These free spaces can be obtained by the method described below getting produced. 3 also shows the complex design of the tiny ones Surfaces of the seating area element 12, the exact manufacture of which also the procedure described below is enabled.
  • the positioning of the Tool 10 in several steps: First, by moving the tool or its clamping device in the X direction and / or Y direction (which together with the Z direction form an orthogonal coordinate system, the Z direction with the Axis 16 coincides) whose axis 16 corresponds to the axis of rotation of the Brought precision spindle. This is done by turning the spindle into four (related with the breast plane 12a) predetermined and appropriately marked orthogonal positions, determining the distance of the exact cylindrical surface the base 10a at these positions to a fixedly arranged during the positioning process, exact dial gauge (microcator). The deviation found in the X or Y direction is corrected by moving the tool until the deviation below 0.5 ⁇ m.
  • any deviations of the raw points obtained from the desired dimensions can be corrected as follows: To increase the diameter of the seat area 3, it is only necessary to move the tool 10 parallel to the breast plane, thus in the direction of the X axis. In this direction the breast plane 12a has been positioned exactly when the tool 10 is clamped. Since the angle between the breast planes 12a and 13a is greater than 90 °, the diameter of the cone 5a and the shoulder 5c is reduced. This can be compensated for by a corresponding shift towards the Y axis.
  • a tool according to the invention is produced by wire erosion and is made using the high-precision cylindrical rods mentioned above Shell surface in the base part 10a possible.
  • the wire is first created using a small one Voltage (for example 10V) approximates the cylindrical surface of the rod, until a contact takes place, whereupon the precise formation of the stick is followed an exactly reproducible and precisely defined position of the wire, actually its outer surface, relative to the rod axis 16 is available. It is therefore possible, despite various Implementations or reclamping operations of the tool 10 or the Wire, the various edges, surfaces and grooves of the tool 10 with the required To produce accuracy.
  • a small one Voltage for example 10V
  • Wire As a material for the highly precise Wire is preferably tungsten, molybdenum or brass-coated steel wire.
  • the diameter of the tool 10 in its intended to determine the position of the cylindrical part is only 4 mm and that the Position of the cutting contours 14, 15 produced with accuracies below one micrometer Need to become.
  • the surfaces 12a, 12b, 12c, the cutting contour 14 and the analog surfaces the cutting contour 15 must have the specified geometry to within a micrometer fulfill.
  • edge or bar 17 which is an optically recognizable reference for the Assembly of the tool 10 with regard to the exact alignment to the X axis both is used in its manufacture as well as in its use. It should only be on it be noted that it is in the manufacture and assembly of the tool 10 is not absolutely necessary that, as shown in Figs. 2 and 4, an area with full continuous cylindrical outer jacket is provided, there only need areas of the highly accurate cylindrical outer shell remain where it is for adjustment or calibrating the spark erosion machine and clamping and adjusting in the Clamping device of the precision spindle is necessary.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiment, but can be modified in various ways. So it is possible first of all, the shape and the Position of the cutting contours to the required shape of the seating area 3 (tapered floor surface 3b, etc.) or the cone 5a of the ballpoint pen tip. It's not necessary, that another cone 5b connects to the cone 5a.
  • the axial length of the Base part 10a is typically twice the diameter, without being limited thereto to be.

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  • Pens And Brushes (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug (10) zur Herstellung von Kugelschreiberspitzen, sogenannten raw points in deren Sitzbereich und bevorzugt in deren Konusbereich. Weiters betrifft die Erfindung die Herstellung solcher Werkzeuge und deren Montage in schnelldrehenden Präzisionsspindeln. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug einstückig (monolithisch) ausgebildet ist. Eine Weiterbildung des Werkzeuges ist dadurch gekennzeichnet, dass es ein Sitzbereichselement (12) zur Herstellung des Sitzbereiches (3) und bevorzugt ein Konuselement (13) zur Herstellung des Konus (5a) aufweist und dass diese Elemente (12, 13) auf einem Basisteil (10a) ausgebildet sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung von Kugelschreiberspitzen, sogenannten raw points in deren Sitzbereich und bevorzugt in deren Konusbereich. Weiters betrifft die Erfindung die Herstellung solcher Werkzeuge und deren Montage in schnelldrehenden Präzisionsspindeln.
Gemäß dem Stand der Technik wurde die Bearbeitung dieser Bereiche mittels gängiger Schalttellerautomaten in einzelnen, aufeinanderfolgenden, Arbeitsschritten nacheinander durchgeführt, wodurch sowohl die Exzentrizität als auch die Gratbildung nicht ausreichend beherrscht wurde. In weitere Folge wurden mehrteilige Werkzeuge entwickelt, die einzeln montierbar und fixierbar in einer gemeinsamen Spannvorrichtung gehalten wurden. Damit wurde zwar das Problem der Gratfreiheit gelöst, aber die Konzentrizität im Mikronbereich sowie die gewünschten Maße der Schreibspitzen konnten, da hochgenaue, schnelldrehende Spindeln deren Drehachse vom Stillstand bis zur vollen Drehzahl eine Abweichung von nicht mehr als 0,5 Mikrometer aufweist, nicht zur Verfügung standen, nur mit größten Schwierigkeiten erreicht werden.
Die Erfindung bezweckt, einen raw point mit bisher unerreichter Genauigkeit herzustellen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
die Fig. 1 eine Kugelschreiberspitze, wie sie beispielsweise mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug hergestellt werden kann,
die Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Werkzeug und
die Fig. 3 und 4 eine besonders bevorzugte Variante eines erfindungsgemäßen Werkzeuges.
Die Fig. 1 zeigt eine Kugelschreiberspitze nach Abschluß der spanabhebenden Bearbeitung (raw point) mit einer nur zur Erläuterung eingesetzten Kugel. Solche Kugelschreiberspitzen bestehen üblicherweise aus gut zerspanbarem, kurzspanigem Messing oder Neusilber.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist eine Kugelschreiberspitze 1 sehr komplex aufgebaut. Im wesentlichen weist sie einen zentralen Zufuhrkanal 2 für die Kugelschreiberpaste, im folgenden vereinfacht Tinte genannt, auf, der mittels einer Bohrung 2a in einen Sitzbereich 3 für die Kugel 4 mündet. Dieser Sitzbereich 3 besteht im wesentlichen aus einer an die Bohrung 2a anschließenden Pilotbohrung 3a, einer ringförmigen Bodenfläche 3b und einer zylindrischen Bohrung 3c, die an einer Stirnfläche 3d mündet.
Die an die Stirnfläche 3d anschließende, äußere, Kontur besteht aus einem Konus 5a, der gemeinsam mit dem Sitzbereich 3 die sogenannte Lippe 9 bildet. An den Konus 5a schließt im dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Schulter 5c ein weitere Konus 5b an, dessen Ausbildung und Funktion weiter unten erläutert wird. Daran anschließend folgt eine Schulter 6 und ein Schaft 7.
Bei dieser Beschreibung sind die verschiedenen Übergänge, Anfasungen, Zwischenabsätze u.dgl. nicht angeführt, da sie für das Verständnis der Erfindung nicht von großer Bedeutung sind und da sie der Fachmann auf dem Gebiete der Herstellung von Kugelschreiberspitzen aus eigener Erfahrung gut kennt.
Festgehalten soll zum besseren Verständnis der Probleme bei der Herstellung einer solchen Kugelschreiberspitze auch werden, daß bei Kugelschreiberspitzen wie der im dargestellten Ausführungsbeispiel, der größte Durchmesser im Bereich der Schulter 6 nur knapp über 2 mm beträgt und daß der Sitzbereich 3 für die Kugel 4 mit einer Genauigkeit von einem Mikrometer oder besser hergestellt werden sollte. Diese Genauigkeit soll bei höchsten Taktraten (240 Stück/min, was für die eigentliche spanabhebene Bearbeitung 0,125 sec erlaubt) und mit größter Zuverlässigkeit erreicht werden. Die Kosten für eine solche, zumeist aus Messing gefertigte, Kugelschreiberspitze liegen im Bereich von unter einem Dollar-Cent.
Es ist von größter Bedeutung für die Qualität des fertigen Kugelschreibers, dass die Pilotbohrung 3a genau konzentrisch zur Schulter 3b und zur zylindrischen Bohrung 3c liegt. Darüberhinaus muß die Stirnfläche 3d genau drehsymmetrisch zur Achse 3e des Sitzbereiches 3 ausgebildet sein. Genau konzentrisch zur Achse 3e muß auch der Konus 5a angeordnet sein. Unter "genau" werden in dieser Beschreibung die Form- und Lageabweichungen im Ausmaß des 0,001-fachen des Nenndurchmessers der Bohrung 3c verstanden.
Dabei ist zusätzlich zur Konzentrizität zwischen Pilotbohrung und Schulter auch die Länge der Pilotbohrung 3a aus folgenden Gründen von Bedeutung: Nach der spanenden Bearbeitung des Kugelschreiberspitze werden die Tintenkanäle in den Bereich des Überganges von der Pilotbohrung 3a zur Schulter 3b mittels eines Prägewerkzeuges geschaffen und es wird die Kugel in axialer Richtung in ihren Sitz gepreßt. Dabei muß auch beim Auftreten von "Fahnen", die sich bei dieser Bearbeitung zufolge der Materialverdrängung zur Achse hin bilden können, sichergestellt sein, dass bei der fertigen Kugelschreiberspitze der Tintenfluß einwandfrei erfolgen kann, was durch eine ausreichende Tiefe der Pilotbohrung sichergestellt wird.
Die Fig. 1 zeigt auf ihrer linken Seite die Form des kaltgepreßten Rohlings 8 aus dem in der Folge spanabhebend die Bohrungen 2 und 2a, der Sitzbereich 3 und der Konus 5a gearbeitet wird.
Die Fig. 1 zeigt auch eine fiktiv eingesetzte Kugel 4 um den Überstand der Kugel über die Stirnfläche 3d zu illustrieren.
In der Folge werden in die ringförmige Sitzfläche 3b Tintenkanäle geprägt, die Kugel wird eingesetzt, in die Sitzfläche gedrückt und der Lippenbereich wird um die Kugel gebördelt. Durch das Bördeln, beispielsweise durch einen Spinner Head, wird ein mikroskopisch präziser, enger, ringförmig gekrümmter Spalt konzentrisch um die Kugel 4 und zum Sitz gebildet. Die geometrische Genauigkeit dieses Spaltes ist Voraussetzung für eine Qualitätskugelschreiberspitze.
Im Stand der Technik ist es notwendig, zur Schaffung des Sitzbereiches 3 und des Konus 5, ein mehrteiliges Werkzeug zu verwenden, dessen Teile in einem Werkzeugkopf einzeln justierbar und fixierbar, in einer schnelldrehenden (18000 bis 60000 U/min) Präzisionsspindel angeordnet sind.
Die Lagerung der Präzisionsspindel besteht aus stark vorgespannten Kugellagern mit einem Kontaktwinkel zwischen 15° und 30°, vorzugsweise Hybridlager, der höchsten Genauigkeitsklasse (ABEC 9) in einem Spindelgehäuse, dessen Genauigkeit IT 01 bis IT 1, Maße, Zylindrizität, Konzentrizität, Parallelität, liegt. Die Oberflächen, die zur Aufnahme der verwendeten Lager dienen, sollen eine Rauhigkeit von Ra 0,1 nicht überschreiten. Durch diese Genauigkeiten kann die Vorspannung der Lager über die üblichen Grenzen hinaus erfolgen, ohne dass es zur unzulässigen Erwärmung der Spindel kommt. Als Schmiersystem der Lagerung ist beispielsweise Ölnebel geeignet. Ausserdem ist eine berührungsfreie Dichtung, zur Begrenzung der Reibungswärme, beispielsweise eine Labyrinthdichtung, notwendig. Mit derartigen Spindeln kann auch die Konzentrizität beherrscht werden.
Es verbleibt das Problem, die mehrteiligen Werkzeuge beim Ausbau zwecks Nacharbeiten und Wiedereinbau, sowie beim Lösen, Verstellen und ähnlichen Lageänderungen einzelner Werkzeugeteile, mit der erforderlichen Genauigkeit zu justieren. Dies bedingt, dass die Spannflächen des Werkzeuges und der Spannvorrichtung perfekt sauber gehalten werden, da bereits geringste Änderungen der Spannsituation, sei es durch winzige Partikel oder Änderung durch die Werkzeugspannung, oder ähnliches, die Korrelation vor und nach der Korrektur unsicher werden lassen.
Mit den bekannten mehrteiligen individuell justier- und fixierbaren Werkzeugen lassen sich nur sehr schwer die gewünschten Dimensionen (auf ein Mikrometer genau) und die gewünschte Geometrie (ebenfalls auf ein Mikrometer genau) des raw point erreichen.
Versuche, ein einteiliges (monolithisches) Werkzeug zu schaffen, mit dem der Sitzbereich 3 und bevorzugt auch der Konus 5a, eventuell samt Schulter 5c, hergestellt werden kann, scheiterten daran, daß ein solches Werkzeug, üblicherweise bestehend aus feinkörnigem Wolframcarbid mit beispielsweise 4 % Co, sehr schwer, insbesondere mit einem Kantenradius von 0,02 mm zu schleifen ist. Durch die Abnutzung des Profiles der Schleifscheibe wird ihr häufiges Abrichten mit allen damit verbundenen Problemen notwendig. Die Verwendung von Funkenerosion ist daher vorteilhaft. Bei Verwendung eines moderneren Materials, z.Bsp. eines feinkörnigen, polykristallinen Diamanten (PCD), ist eine Bearbeitung nur mit Funkenerosion (EDM, electro discharge machining) möglich, vorzugsweise mit Drahterosion (wire-EDM), mit einem Drahtdurchmesser von 15 bis 50 µm, um die geforderten kleinen Übergangsradien herstellen zu können.
Die Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Werkzeug 10, das diese Aufgabe löst. Dieses Werkzeug wird aus einem zylindrischen Stäbchen mit einem Durchmesser von beispielsweise 4 mm, mit einer Rundheit und Zylindrizität, deren Abweichung unter 0,5 um liegt, hergestellt. Diese Genauigkeit ist durch spitzenloses Schleifen (centerless grinding) erreichbar.
Dieses, sich bei der Bearbeitung einer Kugelschreiberspitze in Richtung des Pfeiles D drehende, monolithische Werkzeug 10 weist einen Basisbereich 10a auf, der die oben erläuterte Rundheit und Zylindrizität besitzt und als Referenz dient. Dazu ist bevorzugt der Basisbereich 10a im axialen Abstand vom Sitzbereichselement (vorzugsweise 1,5 mm Abstand von der Kante 10b) entlang seines gesamten Umfanges ausgebildet. Im "oberen" Bereich ist das Basiselement entlang der Kante 10b, die geeigneten Abstand (zumindest 51 % des Durchmessers der Bohrung 3c, Fig. 1) von der Mitte aufweist, parallel zur Achse 16, in axialer Richtung bis zum vollständigen Basisbereich, abgestuft. Dies Abstufung schafft den Platz für einen nicht dargestellten Werkzeugteil, der den Konusbereich 5a bildet. Aus der Basis ragt das Sitzbereichselement 12, das die Pilotbohrung 3a, die ringförmige Bodenfläche 3b, die zylindrische Bohrung 3c und die Stirnfläche 3d formt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Sitzbereichselement 12 eine mehrfach geknickte Schneidkontur 14 auf, die aus folgenden Abschnitten besteht: Der oberste Abschnitt schafft den Übergang von der Bohrung 2a zur Pilotbohrung 3a, die folgenden Abschnitt die Pilotbohrung 3a, die ringförmige Bodenfläche 3b, die zylindrische Bohrung 3c und schließlich die Stirnfläche 3d. Die Schneidkontur 14 liegt in einer Brustebene 12a, die vorzugsweise um 0,05 bis 0,1 mm über der Mitte der Basis 10a liegt (angedeutet durch den Durchstoßpunkt der Achse 16 in der Fläche 12c). Dies ermöglicht es, die Freiflächen 12b normal zur Brustfläche 12a auszubilden, wodurch eine mechanisch stabile, verschleißresistente Schneidengeometrie erzielt wird.
Eine Korrektur betreffend die Durchmesser des Sitzbereiches kann ohne Entnahme des einstückigen Werkzeugteiles 10, der das Sitzbereichselement 12 aufweist, aus der Spannvorrichtung durch Verschieben quer zur Achse 16 vorgenommen werden, wobei die einzelnen Abstände der Abschnitte des Sitzbereiches 3a, 3b, 3c und 3d am Werkzeug zueinander sich zufolge dessen Einstückigkeit nicht ändern können. Durch die Verschiebung werden nur simultan die Durchmesser um jeweils den selben Wert verändert. Wenn die Durchmesser den gewünschten Wert erreichen, ist ohne weiteres zutun auch der richtige Überstand der Kugel über die Stirnfläche 3d erreicht.
Dieses einstückige Werkzeug 10 für den Sitzbereich wird wie oben erläutert, durch einen, nicht dargestellten Teil für den Konusbereich 5a und vorzugsweise die Schulter 5c ergänzt. Dabei spielen die oben genannten Probleme mehrteiliger Werkzeuge aber hier nur eine vernachlässigbare Rolle, da das einstückige Werkzeug 10 nicht entnommen werden muß und durch eventuelle Abweichungen beim Wiedereinspannen des Konuselementes nur die Wandstärke der Lippe 9 (Fig. 1) im Mikrometerbereich variieren kann, nicht aber ihre Konzentrizität leidet. Durch diesen unabhängigen Konusteil erhält man die Möglichkeit, durch sein Verschieben bezüglich des einstückigen Teile 10 entlang der durch die Kante 10b begrenzten, parallel zur Achse 16 verlaufenden Ebene, die Stärke der Lippe 9 unabhängig von den Durchmessern des Sitzbereiches 3 zu beeinflussen.
Die Fig. 3 und 4 zeigen ein erfindungsgemäßes Werkzeug, bei dem sowohl das Sitzbereichselement 12 als auch ein Konuselement 13 einstückig auf einem gemeinsamen Basisteil 10a ausgebildet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel formt das Konuselement 13 den Konus 5a und die Schulter 5c (Fig. 1).
Das Konuselement 13 weist eine Brustfläche 13a auf, die vorzugsweise durch die Mitte der Basis 10a geht (durch die Achse 16) und bezüglich der Brustfläche 12a einen Winkel größer als 90°, bevorzugt etwa 120°, aufweist. Dadurch erreicht man sowohl ausreichend Raum für die Abfuhr der Späne beider Schneidkonturen 14, 15 als auch ausreichende mechanische Festigkeit beider Elemente 12, 13.
Aus einer Zusammenschau der Fig. 3 und 4 erkennt man den in axialer Richtung tiefen Einschnitt vor der Brustfläche 13a und die Nut zwischen dem Sitzbereichselement 12 und dem Konuselement 13. Diese Freiräume können durch das weiter unten beschriebene Verfahren hergestellt werden. Aus der Fig. 3 geht auch die komplexe Ausbildung der winzigen Flächen des Sitzbereichselementes 12 hervor, deren genaue Herstellung ebenfalls durch das unten beschriebene Verfahren ermöglicht wird.
Für beide Ausführungsformen des einstückigen Werkzeuges erfolgt die Positionierung des Werkzeuges 10 in mehreren Schritten: Zuerst wird durch Verschieben des Werkzeuges bzw. seiner Spannvorrichtung in X-Richtung und/oder Y-Richtung (die gemeinsam mit der Z-Richtung ein orthogonales Koordinatensystem bilden, wobei die Z-Richtung mit der Achse 16 übereinstimmt) dessen Achse 16 in Übereinstimmung mit der Drehachse der Präzisionsspindel gebracht. Dies erfolgt durch Drehen der Spindel in vier (im Zusammenhang mit der Brustebene 12a stehende) vorbestimmte und auf geeignete Weise markierte orthogonale Positionen, Bestimmen des Abstandes der genauen zylindrischen Oberfläche der Basis 10a an diesen Positionen zu einer während des Positioniervorganges fix angeordneten, genauen Meßuhr (Mikrokator). Die so festgestellte Abweichung in X- bzw. Y-Richtung wird durch Verschieben des Werkzeuges korrigiert, bis die Abweichung unter 0,5 µm liegt.
Sodann werden einige Proben hergestellt und vermessen. Dabei festgestellte Abweichungen der erhaltenen raw points von den gewünschten Maßen können folgendermaßen berichtigt werden:
Zur Vergrößerung der Durchmesser des Sitzbereiches 3 ist es nur notwendig, das Werkzeug 10 parallel zur Brustebene, somit in Richtung der X-Achse zu verschieben. In diese Richtung ist die Brustebene 12a beim Einspannen des Werkzeuges 10 genau positioniert worden. Da der Winkel zwischen den Brustebenen 12a und 13a größer als 90° ist, kommt es dabei zu einer Verkleinerung des Durchmessers des Konus 5a und der Schulter 5c. Das kann durch entsprechende Verschiebung in Richtung gegen die Y-Achse kompensiert werden. Man kann auf rechnerische bzw. graphische Weise in Kenntnis des Winkels zwischen den Brustebenen 12a und 13a leicht das Ausmaß der Verschiebung sowohl in X-Richtung als auch in Y-Richtung bestimmen, das den gewünschten Durchmesser des Sitzbereiches 3 und der gewünschten Dicke der Lippe 9 herbeiführt. Dabei ist immer darauf zu achten, dass die Achse 16 des Werkzeuges 10 genau parallel zur Achse der Präzisionsspindel bleibt.
Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Werkzeuges erfolgt durch Drahterosion und wird unter Verwendung der oben erwähnten hoch genauen zylindrischen Stäbchen mit der Mantelfläche im Basisteil 10a möglich. Der Draht wird zuerst unter Anlegen einer kleinen Spannung (beispielsweise 10V) der zylindrischen Mantelfläche des Stäbchens angenähert, bis ein Kontakt stattfindet, worauf man zufolge der genauen Ausbildung des Stäbchens eine exakt reproduzierbare und genau definierte Lage des Drahtes, eigentlich seiner Mantelfläche, relativ zur Stäbchenachse 16 zur Verfügung hat. Es ist daher möglich, trotz verschiedener Umsetzungen oder auch Umspannvorgänge des Werkzeuges 10 bzw. des Drahtes, die verschiedenen Kanten, Flächen und Nuten des Werkzeuges 10 mit der erforderlichen Genauigkeit herzustellen.
Für die Herstellung von Schultern od.dergl., die weder parallel noch normal zur Achse 16 verlaufen sollen, sind weitere Referenzen, entweder Flächen oder Kanten, vorzusehen.
Dazu ist es notwendig, den Abstand der Drahtmantelfläche von der zu bearbeitenden Oberfläche (Funkenspalt) unter den Bearbeitungsbedingungen (substantiell höhere Spannung als beim oben erwähnten Meßvorgang, verwendete Frequenz, Kapazität, Flächengröße, etc.) experimentell zu ermitteln und zu berücksichtigen. Als Material für den hochgenauen Draht kommt bevorzugt Wolfram, Molybdän oder messingummantelter Stahldraht in Frage.
Wiederum soll darauf verwiesen werden, daß der Durchmesser des Werkzeuges 10 in seinem zur Lagebestimmung vorgesehenen zylindrischen Teil nur 4 mm beträgt und daß die Lage der Schneidkonturen 14, 15 mit Genauigkeiten unter einem Mikrometer hergestellt werden müssen. Die Flächen 12a, 12b, 12c, der Schneidkontur 14 und die analogen Flächen der Schneidkontur 15 müssen die vorgegebene Geometrie auf ein Mikrometer genau erfüllen.
Es soll im Zuge dieser Beschreibung nicht auf Details eingegangen werden, wie sie beispielsweise die Kante oder Leiste 17 darstellt, die als optisch erkennbare Referenz für die Montage des Werkzeuges 10 im Hinblick auf die genaue Ausrichtung zur X-Achse sowohl bei seiner Herstellung als auch bei seiner Verwendung benützt wird. Es soll nur noch darauf hingewiesen werden, daß es bei der Herstellung und auch der Montage des Werkzeuges 10 nicht absolut notwendig ist, daß, wie in Fig. 2 und 4 gezeigt, ein Bereich mit voll durchlaufenden zylindrischen Außenmantel vorgesehen ist, es müssen nur dort Bereiche des hoch genauen zylindrischen Außenmantels bestehen bleiben, wo es für das Justieren bzw. Kalibrieren der Funkenerosionsmaschine und das Einspannen und Justieren in der Spannvorrichtung der Präzisionsspindel notwendig ist.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann verschiedentlich abgewandelt werden. So ist es zuerst einmal möglich, die Form und die Lage der Schneidkonturen an die benötigte Form des Sitzbereiches 3 (kegelige Bodenfläche 3b, etc.) bzw. des Konus 5a der Kugelschreiberspitze anzupassen. Es ist nicht notwendig, dass sich an den Konus 5a ein weiterer Konus 5b anschließt. Die axiale Länge des Basisteiles 10a beträgt typischerweise das Doppelte des Durchmessers, ohne darauf beschränkt zu sein.

Claims (16)

  1. Werkzeug (10) zur spanabhebenden Herstellung von Kugelschreiberspitzen, sogenannten raw points, in deren Sitzbereich (3) und bevorzugt in deren Konus (5a), dadurch gekennzeichnet, dass es einteilig (monolithisch) ist.
  2. Werkzeug (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Sitzbereichselement (12) zur Herstellung des Sitzbereiches (3) und bevorzugt ein Konuselement (13) zur Herstellung des Konus (5a) aufweist und dass diese Elemente (12, 13) auf einem Basisteil (10a) ausgebildet sind.
  3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisteil (10a) eine Mantelfläche aufweist, die zumindest in Teilbereichen um die Achse (16) des Werkzeuges kreiszylindrisch ausgebildet ist.
  4. Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kreiszylindrischen Teilbereiche so angeordnet sind, dass sie als Referenz für die Flächen dienen, die für spanabhebende Bearbeitung der Kugelschreiberspitzen relevant sind.
  5. Werkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kreiszylindrischen Teilbereiche der Mantelfläche bezüglich der Achse (16) jeweils eine Abweichung von der Zylindrizität von 0,5 µm nicht übersteigen.
  6. Werkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei Schneidkonturen aufweist, dass der Sitzbereichskontur (14) und der Konuskontur (15) jeweils eine, zumindest im wesentlichen zur Achse (16) parallele Brustfläche (12a, 13a) zugeordnet ist und dass die beiden Brustflächen einen Winkel einschließen, der größer als 90°, bevorzugt etwa 120° ist.
  7. Werkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Sitzbereichselement (12) und dem Konuselement (13) ein Kanal für den Spandurchtritt vorgesehen ist.
  8. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es einen dazugesetzten, mit ihm nicht einstückigen, Konuswerkzeugteil aufweist der eine Konuskontur zur Herstellung des Konus (5a) und gegebenenfalls der Schulter (5b) ausgebildet hat.
  9. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es entlang einer geradlinigen Kante (10b) eine Abstufung aufweist und dass der Konuswerkzeugteil entlang der Kante (10b) verschieblich in der Abstufung sitzt.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges nach einem der Ansprüche 4 bis 7 mittels Drahterosion, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung einer relevanten Fläche, der Draht zuerst unter Anlegen einer kleinen Spannung, beispielsweise 10V, der dieser Fläche zugeordneten Referenz angenähert wird, bis ein Kontakt stattfindet, wodurch eine exakt reproduzierbare und genau definierte Lage des Drahtes erhalten wird, und dass darauf die relevante Fläche hergestellt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die Herstellung von Schultern od.dergl., die weder parallel noch normal zur Achse (16) verlaufen sollen, weitere Referenzen, entweder Flächen oder Kanten, vorgesehen sind.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Kontaktieren der Referenz die Zustellbewegung des Drahtes und der Schneidvorgang in Abhängigkeit von der gewünschten Oberflächenqualität und Oberflächengeometrie mit angepaßter elektrischer Spannung, Frequenz und Kapazität und mechanischer Spannung des Drahtes ausgeführt wird.
  13. Verfahren zur Justierung der Achse (16) eines Werkzeuges (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 7 relativ zur Drehachse einer Präzisionsspindel, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug nach dem Einsetzen und Fixieren in eine bezüglich der Drehachse in X- und Y-Richtung verschiebliche Halterung der Präzisionsspindel durch Drehen der Spindel in zumindest drei, bevorzugt vier orthogonale Positionen gebracht wird, dass in jeder dieser Positionen die Abweichung von der Koaxialität der beiden Achsen durch Vermessen der zylindrischen Teilbereiche der Basis (10a) bestimmt wird, wonach die erforderliche Korrektur durch entsprechende Verschiebung in X- und/oder Y-Richtung vorgenommen wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13 zur Erreichung der gewünschten Dimensionen der Kugelschreiberspitze, dadurch gekennzeichnet, dass eine Probespitze hergestellt und vermessen wird und dass dann die Achse (16) des Werkzeuges entsprechend der Abweichung verschoben wird.
  15. Kugelschreiberspitze (1), dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Werkzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt wurde.
  16. Kugelschreiberspitze (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10 hergestellt wurde.
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