Diese Erfindung betrifft eine als Drehkopf bezeichnete Vorrichtung zum Verformen des Randes der Spitzen von Kugelschreibern, umfassend zwei Drehrollen, die so eingebaut sind, dass sie sich in dem Drehkopf frei drehen können, und die zwei Formgebungsscheiben aufweisen, die zwischen sich einen Schlitz einschließen, durch welchen sich eine Zunge erstreckt, die eine V-förmige Vorderseite umfasst und die gegen eine Feder verschiebbar ist.

Beim Einbau von Hartmetallkugeln von Kugelschreibern in ihren Sitz in der aus plastisch verformbarem Material bestehenden Schreibspitze des Kugelschreibers werden die Kugeln zunächst in ein im Wesentlichen zylindrisches Sackloch eingesetzt, und sodann wird der Rand der Schreibspitze, der über den Äquator der Kugel hinaus steht, durch plastische Verformung so umgebördelt, dass er die Kugel in dem Bereich „oberhalb des Äquators" einschließt und hält.

Das Sackloch, in dem die Kugel sitzt, weist im Bereich seines Bodens Taschen oder Rillen auf, durch die die Schreibflüssigkeit, im Folgenden der Einfachheit halber als „Tinte" bezeichnet, zufließt. Es handelt sich auch nicht um ein echtes Sackloch, denn ausgehend von seinem Boden führt eine Bohrung mit einem Durchmesser, der kleiner ist als der der Kugel, zum Tintenvorratsbehälter.

Das Umbördeln der Kante wird seit vielen Jahren nach der folgenden, in dem Dokument US 3,135,231 A beschriebenen Methode durchgeführt:

Die Drehkopf genannte Bördelvorrichtung weist zwei parallel zueinander und in vertikaler Richtung angeordnete Stangen auf. Diese tragen an ihren unteren Enden Hartstoff-Formgebungsscheiben mit Kreisform, die sich unter Verjüngung im Wesentlichen konisch nach unten erstrecken. Die Gesamtheit der Stange und der Formgebungsscheibe wird Drehrolle genannt und ist so eingebaut, dass sie sich frei drehen kann. Die Umfänge der Formgebungsscheiben bilden einen kleinen, schlitzförmigen Zwischenraum. In diesem Schlitz ist mittig eine harte und dünne Zunge mit einer Vorderseite in V-Form angeordnet, die sich axial gegen eine Feder verschieben lässt. Der Drehkopf kann um die Symmetrieachse der beiden Wellen der Formgebungsscheiben drehen und wird so drehend um diese Achse angetrieben.

Die Arbeitsweise ist dann wie folgt: eine Schreibspitze mit ihrer Kugel wird koaxial bezüglich der Drehachse des Drehkopfes in den Schlitz zwischen den Formgebungsscheiben eingeführt, und die Kugel gerät dann zunächst in Kontakt mit der V-förmigen Vorderseite der Zunge. Dies stellt eine Zentrierung und eine sichere Positionierung der Kugel und der Schreibspitze in der Ebene der Zunge sicher. Die Zunge wird sodann gegen ihre Feder verschoben, und die Schreibspitze gelangt in Kontakt mit den Formgebungsscheiben, die frei drehbar gelagert sind. Dies bewirkt die Zentrierung in der zur Ebene der Zunge normalen Ebene. Das gegenseitige axiale Andrücken der Schreibspitze und des Drehkopfes geschieht mit vorbestimmter Kraft und mit einer vorbestimmten Anzahl von Relativdrehungen. Die Relativbewegung zwischen der Schreibspitze und dem Drehkopf führt zu einer drehenden Verlagerung der Formgebungsscheiben. So wird der Rand der Formgebungsscheiben aufgrund der Druckkraft und der Anzahl von Umdrehungen gegen die Kugel angedrückt, und das plastisch verformbare Material des Randes wird verdichtet und gestreckt, was einen annähernd zu der Kugel im Bereich des Äquators konzentrischen Schlitz schafft. Der Bördelvorgang ist beendet.

Diese Vorrichtung hat sich im Wesentlichen bewährt, und mehr als die Hälfte aller Kugelschreiber weltweit werden nach diesem Verfahren und mit solchen Vorrichtungen produziert.

Diese Vorrichtung hat gleichwohl einen Nachteil, der an den geometrischen Größenverhältnissen der verschiedenen Bauteile liegt, die in engen Grenzen vorbestimmt sind. Wegen der beiden parallel angeordneten Wellen der Formgebungsscheiben ist es nicht möglich, auch nicht mit extremer Miniaturisierung und unter Verwendung spezieller Lager, die in radialer Richtung flach montiert werden können, einen Abstand zwischen den beiden Drehachsen zu erreichen, der geringer als ungefähr 10 mm ist. Die Durchmesser der Formgebungsscheiben sind deshalb ebenfalls zwangsläufig auf ungefähr 10 mm vorgegeben. Die Schreibspitze hat in ihrem Randbereich normalerweise einen Durchmesser von ungefähr 0,6 bis 1,2 mm und ist folglich stark gekrümmt. Die Verhältnisse zwischen den Krümmungen der Schreibspitze und der Formgebungsscheiben reichen deshalb von ungefähr 1:16 bis 1:8. Diese Größenverhältnisse haben eine relativ bedeutende Kontaktfläche zur Folge und damit eine geringe Hertzsche Oberflächenpressung. Mit einer höheren Hertzschen Oberflächenpressung erhält man eine bessere „Knetung" des Materials der Schreibspitze. Das effizienteste Mittel, dorthin zu gelangen, besteht darin, die Kontaktfläche zu reduzieren, was dadurch erreichbar ist, dass man das Verhältnis der Krümmungen bis auf beispielsweise 1:4 erhöht.

Ein anderer Nachteil der bereits bekannten Vorrichtung besteht in der Schwierigkeit, die axiale Stellung der beiden Formgebungsscheiben genau einzustellen.

Das Dokument US 3,135,231 A beschreibt auch eine Ausführungsform, in der die beiden Stangen der Formgebungsscheiben nicht parallel zur Drehachse des Drehkopfes, sondern schräge zu dieser derart angeordnet sind, dass ihre Achsen sich in der Drehachse schneiden. Der Grund für diese Anordnung wird nicht angegeben, und sie wird in der Praxis nicht verwendet, wahrscheinlich wegen der hohen Kosten der Herstellung von nicht parallelen Sitzen für die Lager der Stangen.

Das Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der die vorstehend angegebenen Krümmungsverhältnisse erreicht werden und bei der die gewünschte Stellung der Formgebungsscheiben eingehalten werden kann.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 dadurch, dass zwei Formgebungsscheiben mit koaxialen Achsen verwendet werden, deren Vorderseiten sich einander gegenüber befinden und einen Schlitz bilden. Auf diese Weise schafft man es, den Durchmesser der Formgebungsscheiben wesentlich kleiner zu halten als beim Stand der Technik.

Die Erfindung wird hiernach auf der Basis der Zeichnung näher erklärt. Man sieht in

1 eine schematische Ansicht eines Drehkopfes gemäß der Erfindung,

2 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung aus 1, und

3 ein Detail in vergrößertem Maßstab.

Wie man in 1 sieht, besteht ein Drehkopf gemäß der Erfindung im Wesentlichen aus zwei Formgebungsscheiben 1, die mit koaxial angeordneten Stangen 2ausgestattet sind. Die Gesamtheit der Formgebungsscheibe und der Stange, die in der Mehrzahl der Fälle einstückig ausgeführt ist, wird hiernach als Drehrolle bezeichnet. Die Stangen 2 sind radial mittels Kugeln 3 geführt, die in nicht dargestellten Kugelkäfigen geführt sind. Die axiale Positionierung jeder Stange 2 wird mittels einer Kugel 5 bewirkt, die auf der von der Formgebungsscheibe 1 abgewandten Stirnfläche der Stange aufliegt. Die Kugel 5, die ebenfalls in einem nicht gezeigten Kugelkäfig gehalten ist, stützt sich gegen ein Auflager 6 des Drehkopfes ab (das Auflager 6 wird durch ein aufgelegtes Element gebildet). Die Kugeln 5 und die Gesamtlänge der Drehrollen definieren die Position des Schlitzes und die Position des Drehprofils der Formgebungsscheiben.

Jede Formgebungsscheibe 1 weist im Wesentlichen eine Vorderseite und ein Drehprofil auf, unter dem in dieser Anmeldung der Oberfläche verstanden wird, der den Rand bildet. Man sieht die kleinen Abmessungen der Formgebungsscheiben, indem man ihre Größe mit der ebenfalls dargestellten Schreibspitze vergleicht. Man erhält so im Vergleich mit dem Stand der Technik auch eine wesentliche Reduzierung der Masse der Drehrollen, die vorzugsweise aus Wolframkarbid bestehen. Wegen der bedeutenden Reduzierung des Durchmessers auf ungefähr 4 mm erhält man das oben erwähnte, von der Erfindung angestrebte Krümmungsverhältnis von 1:4 und mehr.

Zwischen den einander gegenüber liegenden Vorderseiten reicht eine durch eine Feder in axialer Richtung belastete Zunge 8 (Pfeil nach unten in 1), von der man vor allem in 3 sehr gut die Vorderseite wahrnimmt, die in V-Form ausgeführt ist. Die Zunge 8 wird mittels einer Stange 7 geführt, deren vorderes Ende sie bildet. Man sieht in 3 auch eine Schreibspitze 10, in die eine Kugel 9 eingesetzt ist, die die Zunge bereits gegen die Kraft der Feder ein wenig in Pfeilrichtung verschoben hat.

Die Schulter im Übergang zwischen der Stange 7 und der Zunge 8 befindet sich in 1 auf dem Umfang der Formgebungsscheiben 1, die Formgebungsscheiben sind unbeweglich. In 3 ist diese Schulter schon ein wenig abgehoben und erlaubt beim Fortsetzen der Bewegung der Schreibspitze 10 in Pfeilrichtung bis hin zum Kontakt mit den Formgebungsscheiben deren Drehbewegung.

In der Schlussphase der Relativbewegung zwischen der Schreibspitze und dem Drehkopf findet die plastische Verformung des Randes statt, wobei zugleich der gekrümmte, an sich bekannte Tintenschlitz konzentrisch zu der Kugel 9 gebildet wird, wie eingangs erwähnt.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel, sondern kann auch modifiziert und anders konfiguriert werden, wie in den Ansprüchen definiert. In der Beschreibung ist der Drehkopf immer über der Schreibspitze angeordnet, jedoch ist dies nicht zwingend. Die Drehachse zwischen dem Drehkopf und der Schreibspitze kann sich auch horizontal erstrecken, oder es kann die Schreibspitze im Falle einer vertikalen Drehachse von oben her in den unter ihr angeordneten Drehkopf geführt werden. Die Position des Auflagers 6 kann ebenfalls mithilfe eines Einstellmechanismus modifiziert werden (Einstellschraube, Keilscheibe, usw.), und es muss nicht die in 2 dargestellte Kreisform haben. Die Bewegungen, die im Ausführungsbeispiel als Bewegungen nach oben und nach unten bezüglich des Drehkopfes beschrieben wurden, und die Drehbewegung des Drehkopfs können anders ausgeführt werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass der Drehkopf sich um seine Hauptachse dreht, aber nicht axial beweglich ist. Die Schreibspitze dreht sich nicht, sondern bewegt sich in axialer Richtung bis zum Anlaufen der Schreibkugel zunächst gegen ein der Flanken und dann auch gegen die andere Flanke der federbelasteten, V-förmigen Zunge. Beim Fortsetzen des Vorschubs der Schreibspitze gegen den Drehkopf wird die Schreibspitze in Kontakt mit den beiden Formgebungsscheiben gebracht und wird auch in Normalenrichtung zur V-förmigen Zunge zentriert. Schließlich werden die frei drehbar eingebauten Drehrollen infolge der Drehung des Drehkopfs in Drehung versetzt, unter Fortsetzung der axialen Bewegung und Deformation des Randes an Ort und Stelle.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die Schreibspitze in einer Spannzange, die mit einem geringen radialen Spiel eingebaut ist, um so trotz geometrischer Maßabweichungen sowohl in der Schreibspitze als auch in der Vorrichtung die Schreibspitze hinderungsfrei wie oben beschrieben zentrieren zu können.

Der axiale Vorschub läuft entsprechend einer gesteuerten Kurve ab, und ist insgesamt durch einen festen Anschlag begrenzt. Es ist möglich, zusätzlich die maximale Vorschubkraft mithilfe einer axial wirkenden Feder zu begrenzen. Diese Feder muss vor allem die Gegenkraft überwinden, die von den insgesamt weniger starken Federn der V-förmigen Zunge aufgebracht wird, die in dem Drehkopf vorgesehen sind, und stellt somit die Kraft zum Verformen des Randes der Schreibspitze sicher.

Es ist wesentlich, dass die Formgebungsscheiben zuerst durch Kontakt mit dem Rand der Schreibspitze in Drehung versetzt werden, bei vernachlässigbarem Schlupf, was dadurch erreicht wird, dass im Rahmen der Erfindung eine sehr geringe Masse der Drehrollen und ihrer Lager erreicht wird, sowie durch die hohe Hertzsche Pressung zwischen den Drehrollen und dem Rand der Schreibspitze.