Spinner head

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, Spinner Head genannt, zur Umformung der Lippe von Kugelschreiberspitzen (10), mit zwei im Spinner Head frei drehbar gelagerten Spinrollen, die Formscheiben (1) aufweisen, die zwischen sich einen Spalt definieren, in den eine gegen eine Feder verschiebliche Zunge (8) mit V-förmiger Stirnseite ragt.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spinrollen um fluchtende Achsen (11) frei drehbar sind, und dass der Spalt durch die Stirnflächen der Formscheiben (1) definiert ist.

Beschreibung

[0001] Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung, Spinner Head genannt, zur Umformung der Lippe von Kugelschreiberspitzen, mit zwei im Spinner Head frei drehbar gelagerten Spinrollen, die Formscheiben aufweisen, die zwischen sich einen Spalt definieren, in den eine gegen eine Feder verschiebliche Zunge mit V-förmiger Stirnseite ragt.

[0002] Bei der Montage von harten Kugelschreiberkugeln in ihren Sitz der aus formbaren Material bestehenden Schreibspitze des Kugelschreibers werden zuerst die Kugeln in ein im wesentlichen zylindrisches Sackloch eingesetzt und dann wird die Lippe der Schreibspitze, die über den Äquator der Kugel ragt, durch plastische Deformation umgebördelt, so dass sie die Kugel im Bereich "oberhalb" des Äquators umfaßt und hält.

[0003] Das Loch, in dem die Kugel sitzt, weist im Bodenbereich Taschen bzw. Nuten auf, durch die beim Schreiben die Schreibflüssigkeit, im folgenden kurz "Tinte" genannt, transportiert wird. Auch ist es kein echtes Sackloch, da von seinem Grund eine Bohrung mit einem Durchmesser, kleiner als der der Kugel, zum Tintenvorrat führt.

[0004] Das Umbördeln des Randes geschieht seit vielen Jahren mit folgender, in der US 3,135,231 A beschriebenen Methode:
Die Bördelvorrichtung, Spinner Head genannt, weist zwei in vertikaler Richtung verlaufende, parallel zueinander angeordnete Schäfte auf. Diese tragen an ihren unteren Enden sich im wesentlichen konisch nach unten verjüngende, kreisförmige, harte Formscheiben. Die Gesamtheit von Schaft und Formscheibe wird Spinrolle genannt und ist frei drehbar gelagert. Die Peripherien der Formscheiben weisen einen kleinen spaltförmigen Abstand auf. In diesem Spalt ist mittig eine harte, dünne Zunge mit V-förmiger Stirnfläche axial gegen eine Feder verschieblich angeordnet. Der Spinner Head ist um die Symmetrieachse der beiden Wellen der Formscheiben drehbar, und wird auch um diese Achse rotierend angetrieben.

[0005] Die Funktionsweise ist nun folgende: Es wird eine Schreibspitze samt Kugel, koaxial zur Drehachse des Spinner Heads in den Spalt zwischen den Formscheiben geführt dabei gelangt die Kugel zuerst in Kontakt mit der V-förmigen Stirnfläche der Zunge. Dadurch erfolgt eine sichere Zentrierung und Positionierung der Kugel und der Schreibspitze in der Ebene der Zunge. In der Folge wird die Zunge gegen ihre Feder verschoben und die Schreibspitze gelangt in Kontakt mit den frei drehbar gelagerten Formscheiben. Dies bewirkt die Zentrierung in der Ebene normal zur Zungenebene. Das axiale Aneinanderdrücken der Schreibspitze und des Spinner Head erfolgt mit vorbestimmter Kraft und über eine vorbestimmte Anzahl von Relativdrehungen. Durch die Relativdrehung zwischen Schreibspitze und Spinner Head werden die Formscheiben in Rotation versetzt. Dadurch, durch die Anpreßkraft und die Anzahl der Drehungen wird die Lippe von den Formscheiben gegen die Kugel gedrückt, das formbare Material der Lippe wird verdichtet und gestreckt, wodurch ein zur Kugel annähernd konzentrischer Spalt im Bereich des Äquators entsteht. Der Bördelvorgang ist beendet.

[0006] Diese Apparatur hat sich im wesentlichen bewährt und es werden mehr als die Hälfte aller Kugelschreiber weltweit nach diesem Verfahren und mit derartigen Vorrichtungen hergestellt.

[0007] Dennoch weist diese Vorrichtung einen Nachteil auf, der in den in engen Grenzen vorgegebenen geometrischen Größenverhältnissen der einzelnen Teile begründet ist. Durch die beiden parallel verlaufenden Wellen der Formscheiben ist es auch bei extremer Miniaturisierung und Verwendung spezieller radial flach bauender Lager nicht möglich, unter einen Abstand der beiden Drehachsen zu kommen, der kleiner ist als etwa 10 mm. Damit sind die Durchmesser der Formscheiben mit jeweils etwa 10 mm ebenfalls zwingend vorgegeben. Die Schreibspitze hat im Bereich ihrer Lippe üblicherweise einen Durchmesser von etwa 0,6 bis 1,2 mm und ist dementsprechend stark gekrümmt. Die Verhältnisse der Krümmungen Schreibspitze:Formscheibe reichen somit von etwa 1:16 bis 1:8. Diese Größenverhältnisse bewirken eine relativ große Berührungsfläche und damit eine geringe Hertz'sche Flächenpressung. Mit größerer Hertz'scher Flächenpressung kommt man zu einer besseren "Durchknetung" des Materials der Schreibspitze. Der effektivste Weg dazu besteht in einer Verkleinerung der Kontaktfläche, erreichbar durch Anhebung des Krümmungsverhältnisses auf beispielsweise 1:4.

[0008] Ein anderer Nachteil der vorbekannten Vorrichtung liegt in der Schwierigkeit, die axiale Position der beiden Formscheiben genau einzustellen.

[0009] Die US 3,135,231 A beschreibt auch eine Ausführungsform, bei der die beiden Schäfte der Formscheiben nicht parallel zur Drehachse des Spinner Heads angeordnet sind sondern schräg dazu, sodass sie sich ihre Achsen auf der Drehachse schneiden. Ein Grund für diese Anordnung ist nicht angegeben, in der Praxis wird sie, vermutlich wegen der kostspieligen Herstellung der nicht parallelen Sitze für die Schaftlager, nicht verwendet.

[0010] Es ist das Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der die oben genannten Krümmungsverhältnisse erreicht werden und bei der die gewünschte Lage der Formscheiben eingehalten werden kann.

[0011] Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass zwei Formscheiben mit fluchtenden Achsen verwendet werden, deren Stirnflächen unter Freilassung eines Spaltes einander gegenüber stehen. Auf diese Weise erreicht man es, dass der Durchmesser der Formscheiben wesentlich kleiner als im Stand der Technik gehalten werden kann.

[0012] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
die Fig. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Spinner Heads,
die Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung der Fig. 1 und
die Fig. 3 ein Detail im vergrößerten Maßstab.

[0013] Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht ein erfindungsgemäßer Spinner Head im wesentlichen aus zwei mit koaxial angeordneten Schäften 2 versehenen Formscheiben 1. Die Gesamtheit von Formscheibe und Schaft, die zumeist einstückig ausgeführt ist, wird im folgenden Spinrolle genannt. Die Schäfte 2 sind radial mittels in nicht dargestellten Kugelkäfigen gehaltenen Kugeln 3 geführt. Die axiale Lagerung jedes Schaftes 2 erfolgt mittels einer Kugel 5, die an seiner der Formscheibe 1 abgewandten Endfläche anliegt. Die Kugel 5, die ebenfalls im nicht dargestellten Kugelkäfig gehalten wird, stützt sich gegen eine Auflage 6 des Spinner Heads ab. Die Kugeln 5 und die Gesamtlänge der Spinrollen bestimmen die Lage des Spaltes und Lage des Spinprofils der Formscheiben.

[0014] Jede Formscheibe 1 weist im wesentlichen eine Stirnfläche auf und ein Spinprofil, worunter in dieser Anmeldung der Bereich der Oberfläche verstanden wird, der die Lippe bearbeitet. Die kleinen Abmessungen der Formrollen sind aus dem Größenvergleich mit der ebenfalls abgebildeten Schreibspitze ersichtlich. Damit erreicht man auch eine wesentliche Reduktion der Masse der vorzugsweise aus Wolframcarbid bestehenden Spinrollen gegenüber denen des Standes der Technik. Durch die wesentliche Reduktion des Durchmessers auf etwa 4 mm erzielt man das oben erwähnte, erfindungsgemäß angestrebte Krümmungsverhältnis von 1:4 und darüber.

[0015] Zwischen die einander gegenüberstehenden Stirnflächen ragt eine in axialer Richtung (Pfeil nach unten in Fig. 1) federbelastete Zunge 8, deren V-förmig ausgebildete Stirnfläche insbesondere in Fig. 3 gut zu erkennen ist. Die Zunge 8 wird mittels eines Schaftes 7, dessen vorderes Ende sie bildet, geführt. In Fig. 3 ist auch eine Schreibspitze 10 mit eingesetzter Kugel 9 ersichtlich, die bereits die Zunge etwas gegen die Kraft der Feder in Richtung des Pfeiles verschoben hat.

[0016] Die Schulter am Übergang zwischen dem Schaft 7 und der Zunge 8 liegt in Fig. 1 an den Peripherien der Formscheiben 1 an, die Formscheiben stehen still. In Fig. 3 ist diese Schulter bereits etwas angehoben und ermöglicht beim weiteren Bewegen der Schreibspitze 10 in Richtung des Pfeiles bis zum Kontakt mit den Formscheiben deren Rotation.

[0017] In der Endphase der Relativbewegung zwischen der Schreibspitze und dem Spinner Head erfolgt die plastische Deformation der Lippe unter Ausbildung des bekannten, eingangs erwähnten, gekrümmten, zur Kugel 9 konzentrischen Tintenspaltes.

[0018] Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann verschiedentlich abgewandelt und ausgestaltet werden. In der Beschreibung ist immer der Spinner Head oberhalb der Schreibspitze angeordnet, doch ist dies nicht notwendig, es kann die Drehachse zwischen Spinner Head und Schreibspitze auch horizontal verlaufen bzw. die Schreibspitze, bei vertikaler Drehachse, von oben in den unter ihr angeordneten Spinner Head bewegt werden. Auch kann die Lage der Auflage 6 mittels eines Stellmechanismus (Stellschraube, Unterlagsplättchen, etc.) verändert werden, sie braucht nicht die in Fig. 2 gezeigte Kreisform aufweisen. Die Bewegungen, die im Beispiel als Auf- Abbewegung des Schreibkopfes und Drehbewegung des Spinner Heads definiert waren, können anders erfolgen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass der Spinner Head um seine Hauptachse rotiert, aber axial nicht beweglich ist. Die Schreibspitze rotiert nicht, wird axial bewegt, bis die Schreibkugel zuerst mit einer Flanke und anschließend mit der anderen Flanke der federbelasteten, V-förmigen Zunge in Berührung kommt. Beim weiteren Vorschub der Schreibspitze gegen den Spinner Head wird die Schreibspitze in Kontakt mit beiden Formscheiben gebracht und auch in der Richtung normal zur V-förmigen Zunge zentriert. Schließlich werden bei fortgesetzter Axialbewegung die frei rotierbar gelagerten Formscheiben durch die Rotation des Spinner Heads in Drehung versetzt und die Umformung der Lippe erfolgt.

[0019] Die Schreibspitze sitzt in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer Spannzange, die mit geringem radialen Spiel gelagert ist, um zu gewährleisten, dass trotz geometrischer Fehler, sowohl der Schreibspitze als auch der Vorrichtung, die Schreibspitze unbehindert, wie oben beschrieben, zentriert werden kann.

[0020] Der Axialvorschub ist kurvengesteuert, wobei er durch einen fixen Anschlag begrenzt wird. Es ist möglich, zusätzlich durch eine axial wirkende Feder die maximale Vorschubkraft zu begrenzen. Diese Feder muss die Gegenkraft der im Spinner Head vorgesehenen, deutlich schwächeren Feder der V-förmigen Zunge zuerst überwinden und gewährleistet sodann die Kraft für die Umformung der Lippe.

[0021] Wesentlich ist, dass die Formscheiben erst durch den Kontakt mit der Lippe, mit vernachlässigbarem Schlupf, in Drehung versetzt werden, was durch die erfindungsgemäß erreichte geringe Masse der Spinrollen und ihrer Lagerung sowie die hohe Hertz'sche Pressung zwischen den Spinrollen und der Lippe erreicht wird.

Ansprüche

1. Spinner Head, zur Umformung der Lippe von Kugelschreiberspitzen, mit zwei im Spinner Head frei drehbar gelagerten Spinrollen, die Formscheiben (1) aufweisen, die zwischen sich einen Spalt definieren, in den eine gegen eine Feder verschiebliche Zunge (8) mit V-förmiger Stirnseite ragt, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinrollen um fluchtende Achsen (11) frei drehbar sind, und dass der Spalt durch die Stirnflächen der Formscheiben definiert ist.

2. Spinner Head nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Lage der Spinrollen durch jeweils eine Auflage (6) des Spinner Heads definiert ist.

3. Spinner Head nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Auflage (6) verstellbar ist.

4. Spinner Head nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zunge (8) Teil eines Schaftes (7) ist, und dass zumindest eine Schulter des Schaftes unter der Kraft der Feder an der Peripherie zumindest einer der Formscheiben (1) anliegt.

5. Spinner Head nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Ruhelage der V-förmigen Zunge (8) der axiale Abstand der Flanken des V-förmigen Profils zu den Formscheiben sicherstellt, dass die Kugel (9) beide Flanken des V-förmigen Profils berührt bevor die Lippe (12) der Schreibspitze (10) mit den Formscheiben in Berührung kommt.

6. Spinner Head nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung der Schreibspitze (10) ein radiales Spiel aufweist, das maximal dem 0,2-fachen des Durchmessers der Kugel (9) entspricht.

Zeichnung