DE4321117A1 - Formkörper mit axial verlaufenden Kanälen und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Formkörper mit axial verlaufenden Kanälen, wobei die Kanäle durch Einsätze gebildet werden, die von einem Hüllrohr umfaßt sind, sowie Verfahren zu deren Herstellung.

Derartige Formkörper sowie Verfahren zu deren Herstellung sind bekannt.

So zeigen DE-PS 13 03 555, DE-GM 19 54 340, DE-OS 35 38 653 und DE-OS 19 25 385 Formkörper, die als Schreibdochte, Schreibspitzen, Applikatoren oder Zeichenspitzen ausgebildet sind und die aus einem Bündel miteinander verpreßter oder verklebter Röhren aus Kunststoff bestehen.

Gemäß DE-OS 35 38 653 kann ein Applikator auch aus einem mit Erhebungen und Vertiefungen versehenen Folienband gewickelt werden, wodurch sich axial verlaufende, durchgehende Kapillarkanäle ergeben.

Nach DE-OS 19 25 385 können die Röhren runden oder auch polygonalen Querschnitt aufweisen, als Strang gepreßt und durch Ziehen im Durchmesser verringert und auf ihr endgültiges Durchmessermaß gebracht werden. Danach sollen sie gebündelt und im Bund miteinander verklebt und ausgehärtet werden.

Ein wesentlicher Nachteil derartiger Formkörper besteht darin, daß sie keine sehr abriebfeste Oberfläche aufweisen und daher einem relativ starken Verschleiß unterliegen. Soweit sie nicht durchgehend verklebt oder verschweißt sind, sind sie zudem ggf. auch instabil gegen seitliche Druckeinwirkungen.

Aus GB-PS 364 808 und aus DE-PS 32 40 250 sind Formkörper bzw. Schreibspitzen bekannt, die aus einem Bündel Metallstreifen oder Drähten gebildet werden und deren Spitzen ggf. auch durch Umformen komprimiert bzw. auf das endgültige Durchmessermaß gebracht werden können.

Die kapillaren Zuleitungskanäle werden hierbei durch die Abstände der aneinandergepreßten Drähte oder Streifen zueinander gebildet und sind daher nur sehr schlecht eindeutig zu definieren und größenmäßig zu bestimmen. Außerdem können und sollen sich die einzelnen Drähte oder Streifen beim Schreiben leicht gegeneinander bewegen, so daß auch diese Spitzen oft in sich instabil sind.

Aus DE-AS 19 10 268, DE-AS 22 39 418 und US-PS 3 843 270 sind Formkörper bzw. Schreibspitzen bekannt, die aus Profilstäben zusammengesetzt und von einem Hüllrohr umhüllt werden. Die Profilstäbe weisen hierbei axiale Nuten, Stege oder sonstige Profilierungen auf, die in montiertem Zustand, ggf. auch zusammen mit der Innenfläche des Hüllrohres, die Kapillarnuten bilden.

Die hiermit erreichbaren definierten Kapillarkanäle lassen sich aber oft nicht in der gewünschten Feinheit herstellen. Außerdem sind derartige Profilstäbe in der Regel aus Kunststoff gefertigt, so daß diese Formkörper ebenfalls nicht sehr abriebfest und formstabil sind.

Eine aus EP 0518 708 A1 bekannte Schreibspitze soll einstückig aus abriebfestem Material, beispielsweise aus Metall, bestehen und axiale und quergerichtete Kanäle aufweisen, zur Erzeugung eines guten Tintenflusses. Darüber hinaus sind aus DE-OS 31 09 400, DE-OS 22 59 636, DE-AS 25 08 490, DE-PS 20 59 179 und DE-PS 23 51 226 Verfahren zur Herstellung von Faser-Verbundwerkstoffen bekannt, wonach Bündel von ggf. auch ummantelten und/oder beschichteten Metalldrähten von einem Hüllrohr umfaßt und zusammen mit diesem durch Ziehen, Walzen, Hämmern oder Strangpressen umgeformt und zu einem relativ homogenen Formkörper gestaltet werden, wobei die Metall-Matrix im wesentlichen aus dem Hüllrohr und den ggf. vorhandenen Drahthüllen gebildet wird.

Wie und ob hiermit Formkörper mit axial verlaufenden offenen Kanälen und insbesondere mit Kapillarkanälen, herstellbar sind, ist nicht beschrieben, gezeigt oder erkennbar. Die hieraus bekannten Faserwerkstoffe bzw. Faser- Verbundwerkstoffe werden z. B. in der Flugzeug- und Raumfahrttechnik als Werkstoffe mit extremer Bruchfestigkeit oder in der Elektrotechnik zur Erhöhung der Abbrandbeständigkeit bei Kontaktleitern, z. B. bei Kontakt- Nieten und Hochleistungs-Zündkerzen, eingesetzt.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, Formkörper zu schaffen, die die oben genannten Nachteile nicht aufweisen und die insbesondere sehr abriebfest sind und sich daher nicht oder nur geringfügig abnützen, die eine hohe Stabilität gegen Seitendruck aufweisen und deren Kapillarkanäle relativ einheitlich und gleichförmig sowie beliebig fein herstellbar sind.

Soweit die Anwendung der Formkörper als Auftragselemente bei Schreib-, Zeichen-, Mal- oder Markiergeräten erfolgt, sollen Langzeitprodukte mit guten Schreibeigenschaften für unterschiedliche Anwendungen geschaffen werden. Darüberhinaus soll ein Verfahren zur Herstellung derartiger Formkörper aufgezeigt werden, mit dessen Hilfe Formkörper aus Metall kostengünstig mit einer Vielzahl feiner Bohrungen im Kapillarbereich versehen werden können.

Diese Aufgaben werden mit den in den Ansprüchen 1 und 15 aufgezeigten Formkörpern und deren Herstellungsverfahren gelöst.

Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen umfaßt.

Grundsätzlich sind die erfindungsgemäßen Formkörper beliebig gestaltbar und für unterschiedliche Anwendungen einsetzbar.

Erfindungsgemäß sollen bei Formkörpern mit axial verlaufenden kapillaren Kanälen, bei denen die Kanäle durch Einsätze gebildet werden und die von einem Hüllrohr umfaßt sind, die Einsätze und das Hüllrohr aus umformbarem und ggf. härtbarem Metall bestehen, die Einsätze als Drähte, Manteldrähte, Rohre oder Profilkörper ausgebildet, in das Hüllrohr eingesetzt und mit diesem und miteinander axial unverschiebbar verbunden, insbesondere verpreßt, verschweißt oder verlötet sein und die Reduzierung des Profils des Formkörpers und/oder der Durchmesser der Kanäle durch Umformen erfolgen.

Hierbei sollen das Hüllrohr oder die Einsätze bzw. deren Drahthüllen und das Hüllrohr eine Matrix, vorzugsweise eine Metallmatrix, bilden.

Das Umformen soll durch reduzierendes Verpressen, durch Stauchen oder durch Ziehen, vorzugsweise durch Strangziehen oder durch Strangpressen, erfolgen bzw. erfolgt sein.

Erfindungsgemäße Formkörper können beispielsweise als Schreibdochte, als Schreibspitzen, als Kugelschreiberspitzen mit einem Kugelbett oder auch als Filter oder Sieb, oder als Düse oder Perlator ausgebildet sein, wobei die Einsätze vor dem Verschweißen bzw. vor dem Umformen Nuten, Stege oder Konturen mit frei wählbaren Querschnittsformen und/oder Abmessungen aufweisen, die nach dem Umformen und/oder nach dem Verschweißen Kapillarkanäle bilden.

Als Einsätze können vorteilhaft auch Manteldrähte verwendet werden, deren Drahthüllen und Kerne aus unterschiedlichen Materialien bestehen und deren ummantelte Kerne nach dem Umformen entfernt werden bzw. wurden.

Die Einsätze und das Hüllrohr werden während des Umformens durch Diffusionsverschweißung oder durch Verlötung fest miteinander verbunden bzw. verschmolzen und können zur Verbesserung der Verbindung vor dem Verschweißen oder Verschmelzen mit einem Lotüberzug versehen werden.

In dem Hüllrohr sollen mindestens zwei Einsätze enthalten sein, wobei dann jeder axial verlaufende Kanal aus Nuten oder Konturen mindestens zweier Einsätze gebildet wird, wenn als Einsätze nicht einfache Rohre oder Manteldrähte, sondern Profilkörper, wie z. B. Profilstäbe oder Profilrohre, verwendet werden.

Das Außenprofil aller zusammengesetzten Profilkörper soll vorteilhafterweise dem Innenprofil des Hüllrohres, in das sie eingesetzt sind, vor dem Umformen formmäßig und maßlich im wesentlichen entsprechen, da es sich gezeigt hat, daß dann eine besonders gute Verbindung aller Teile erfolgt und daß dadurch zudem relativ glatte und gleichförmige Kapillarkanäle entstehen.

Nach einem bevorzugten Verfahren sollen zur Herstellung erfindungsgemäßer Formkörper die Einsätze zunächst als Drähte, Manteldrähte, Röhren oder Profilstäbe ausgebildet bzw. hergestellt werden. Nach dem Einsetzen in das Hüllrohr werden sie zusammen mit diesem und miteinander durch Umformen, vorzugsweise durch reduzierendes Verpressen, durch Stauchen oder durch Ziehen, insbesondere durch Strangziehen oder durch Strangpressen, im Durchmesser verringert und ggf. im Profil verändert. Gleichzeitig erfolgt hierbei eine Reduzierung der Kapillarkanäle und ggf. eine Veränderung deren Profile. Außerdem werden hierbei alle Teile reibschlüssig fest miteinander verbunden bzw. verpreßt, verschweißt oder verlötet.

Aus dem Grad bzw. Maß der Reduzierung der äußeren Abmessungen, aus der Anzahl der Einsätze und aus dem gewünschten Durchmessermaß der Kapillarkanäle errechnen sich die jeweiligen Wandstärken des Hüllrohres und der Einsätze. Umgekehrt sind bei vorgegebenen Wandstärken und Kapillarkanal-Abmessungen und -Anzahl die ursprünglichen Abmessungen und der Reduzierungsgrad zu ermitteln. Die Einsätze untereinander und zusammen mit dem Hüllrohr werden während oder nach dem Umformen durch Diffusionsverschweißung oder durch Verlötung fest miteinander verbunden bzw. verschmolzen.

Bei der Verwendung von Manteldrähten werden deren Kerne nach dem Umformen durch Ausschmelzen oder Zersetzung aus den Drahthüllen entfernt.

Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen nachfolgend näher erläutert. Hierbei zeigen in zum Teil stark vergrößerter Form:

Fig. 1 a) einen Formkörper mit eingeschobenen Rohren im Querschnitt in bereits verpreßter Ausführung;

Fig. 1 b) den Formkörper nach Fig. 1 a) unverpreßt, in perspektivischer Darstellung;

Fig. 2 a) und b) einen Querschnitt und eine perspektivische Ansicht eines Formkörpers mit eingeschobenen massiven Drähten;

Fig. 3 a) und b) einen Formkörper mit eingesetzten Manteldrähten im Querschnitt und in perspektivischer Darstellung;

Fig. 4 a bis e) eine noch unverpreßte Formkörpervariante mit mehreren ineinandergesetzten rohr- bzw. kreisförmigen Profilrohren;

Fig. 5 a bis e) eine weitere Variante eines noch unverpreßten Formkörpers im Querschnitt, mit doppelseitig genuteten Profilrohren;

Fig. 6 a) und b) zusammengesetzte Profilkörper im Querschnitt und einsatzfertig gebündelt,

Fig. 7 a) und b) die Profilelemente gemäß Fig. 6 in das Hüllrohr eingesetzt, aber noch unverpreßt;

Fig. 8 a) bis c) mehrere verschiedene Geometrie- und Querschnittsformen von Profilkörpern;

Fig. 9 a) bis j) mehrere Profilvarianten von Profilstäben bzw. -einsätzen;

Fig. 10 a) bis e) verschiedene Geometrieformen für Profilrohre bzw. für rohrförmige Kapillarelemente;

Fig. 11 a) bis i) verschiedene Anordnungsmöglichkeiten der Kapillarkanäle in Formkörpern;

Fig. 12 a) bis i) mehrere verschiedene Geometrie- und Querschnittsformen von Formkörpern;

Fig. 13 a) bis e) Einzelteile und Umformungsstufen erfindungsgemäßer Formkörper;

Fig. 14 a) bis d) Querschnitte der Kapillarkanäle durch einen Formkörper in verschiedenen Umformungs- bzw. Reduktionsstadien;

Fig. 15 a) und b) einen Längsschnitt durch einen Formkörper als Schreibspitze mit Kugelbett, für einen Kugelschreiber und eine Draufsicht hierzu;

Fig. 16 a) und b) einen Längsschnitt durch einen weiteren Formkörper als Schreibspitze, für ein Kugelbett eines Tinten-Kugelschreibers und eine Draufsicht hierzu;

Fig. 17 einen erfindungsgemäßen Formkörper mit duktilem Überzug als Schreibspitze;

Fig. 18 einen weiteren erfindungsgemäßen Formkörper mit duktilem Überzug als Schreibspitze;

Fig. 19 einen Formkörper mit einem auswechselbaren Überzug als Perlator;

Fig. 20 einen anderen Formkörper ohne Überzug als Düse;

Fig. 21 ein Schreibgerät mit erfindungsgemäßem Formkörper als Schreibspitze;

Fig. 22 einen Teilschnitt eines Schreibgerätes mit einem als Abschlußstopfen bzw. als Filter eingesetzten Formkörper.

Der in Fig. 1 a und b) dargestellte Formkörper 1 mit sieben als Einsätze 3 eingeschobenen Rohren 34 ist im Querschnitt (Abb. a) in bereits verpreßter Ausführung gezeigt und unverpreßt in perspektivischer Darstellung (gem. Abb. b), in der das Hüllrohr 2 die Rohre 34 noch nicht vollständig aufgenommen hat. Die verpreßten Rohre 34 sind praktisch sechseckig deformiert und weisen dementsprechend profilierte Kapillarkanäle 44 auf.

Nach Fig. 2 a) und b) wird bin erfindungsgemäßer Formkörper 1 mit in das Hüllrohr 2 eingeschobenen massiven Drähten 31 hergestellt, wobei die Drähte 31 zwischen sich Kapillarkanäle 44 bilden.

Bei dem aus Fig. 3 a) und b) ersichtlichen Formkörper 1 mit in das Hüllrohr 2 als Einsätze 3 eingesetzten Manteldrähten 32, bleiben die Kapillarkanäle 44 auch nach dem Umformen relativ gleichförmig und formgetreu erhalten, da die in den Drahthüllen 32′ angeordneten Kerne 32′′ einer übermäßigen Verformung entgegenwirken. Die Kerne 32 müssen nach der Umformung entfernt werden. Dies kann - je nach Kernmaterial - chemisch, z. B. durch Herausätzen oder mechanisch erfolgen.

Die in Fig. 4 a bis e) gezeigte noch unverpreßte Formkörpervariante weist mehrere, als Einsätze 3 ineinandergesetzte runde Profilrohre 33′′′ auf, die mit Nuten 41 versehen sind, woraus sich in montiertem Zustand im Hüllrohr 2 nach dem Umformen die Kapillarkanäle 44 ergeben.

Aus Fig. 5 a bis e) ist eine weitere Variante eines noch unverpreßten Formkörpers 1 mit doppelseitig genuteten runden Profilrohren 33′′′′ ersichtlich, wobei der Formkörper 1 ebenfalls mehrere ineinandergesetzte Profilrohre 33′′′′ aufweist, die beidseitig mit Nuten 41 und Stegen 42 versehen sind, woraus sich in montiertem Zustand im Hüllrohr 2 nach dem Umformen ebenfalls die Kapillarkanäle 44 ergeben.

Die Fig. 6 a) bis 8 c) zeigen als Einsätze 3′ zusammengesetzte Profilkörper 33 im Querschnitt, einsatzfertig gebündelt und in das Hüllrohr 2 eingesetzt, aber noch unverpreßt, wobei die Fig. 8 a) bis c) mehrere verschiedene Geometrie- und Querschnittsformen von Profilkörpern 33 bzw. von zusammengesetzten Profilstäben 33′ beispielhaft aufzeigen. Den quadratischen oder sechseckigen Querschnitten würden auch die zugehörigen Hüllrohre (2) profilmäßig entsprechen. Jeweils zwei zusammenkommende eingeformte Nuten 41 zweier Profilstäbe 33′ bilden hierbei die Grundform und Ausgangs-Abmessung der nach dem Umformen gebildeten Kapillarkanäle. Mit unterschiedlichen Geometrie- und Querschnittsformen sollen die Einsätze 3′ bzw. die Profilkörper 33 der Innenkontur des jeweiligen Hüllrohres 2 angepaßt werden, um möglichst gleichförmige und glatte Kapillarkanäle und eine optimale Verbindung bzw. Verschweißung aller Einzelteile zu erhalten.

Die Anordnung und Anzahl der Nuten kann nach der vorgesehenen Anwendung und im Rahmen der technischen Möglichkeiten frei gewählt werden.

Wie aus den Fig. 9 a) bis 10 e) zu ersehen ist, können die Profilstäbe 33′′ (gemäß Fig. 9) bzw. die Rohre 34′ nach Fig. 10, verschiedene Geometrie- bzw. Querchnittsformen oder Konturen aufweisen, wodurch sich jeweils unterschiedliche Querschnitte, Anordnungen und Formen der Kapillarkanäle ergeben.

Die Fig. 11 a) bis 12 i) zeigen verschiedene Anordnungsmöglichkeiten der Kapillarkanäle 44 in den Hüllrohren 2 der Formkörper 1 (Fig. 11 und 12) sowie in Fig. 12 verschiedene Geometrie- und Querschnittsformen der Formkörper 1 selbst.

Fig. 13 stellt in den Abb. a) bis e) die Einzelteile (a + b) und die Umformungsstufen (c bis e) erfindungsgemäßer Formkörper dar, wobei hier das Hüllrohr 2 (Fig. 13a), 19 Stück Rohre 34, zunächst lose (in Fig. 13b), dann in unverpreßtem Zustand (Fig. 13c), sowie in zwei Reduktionsstufen (gemäß Fig. 13d und 13e) gezeigt sind.

Aus Fig. 14 a) bis d) ist die Veränderung der Querschnitte der Rohre 34 und damit auch der Querschnitte der Kapillarkanäle 44, 44′ eines Formkörpers 1 in verschiedenen Umformungs- bzw. Reduktionsstadien ersichtlich. Es bilden sich beim Umformen des Hüllrohres 2 und der eingesetzten Rohre 34 neue Rohrgeometrien, die die vorhandenen Zwischenräume 23, je nach dem Grad der Umformung, als Kapillarkanäle 44′ offen lassen (Abb. 14e) oder praktisch vollständig ausfüllen und verschließen (Abb. 14d).

Die Fig. 15 a) bis 16 b) zeigen Formkörper 1, die als Schreibspitzen 12 für Kugelschreiber ausgebildet und jeweils mit einem Kugelbett 13 versehen sind, wobei nach Fig. 15 die Kapillarkanäle 44 und ggf. im Durchmesser größere Pastenkanäle 46 aus kleineren und größeren Rohren oder aus Profilstäben gebildet werden. Der Körper der Schreibspitzen 12 kann hierbei gleichzeitig das Hüllrohr 2 sein (Fig. 16), wenn dies aufgrund der erforderlichen Abmessungen und sonstigen Bedingungen möglich ist. Andernfalls wird zusätzlich ein Hüllrohr 2 verwendet, das dann in die Schreibspitze 12 eingesetzt und mit dieser verpreßt, verschweißt oder anderweitig fest verbunden wird (Fig. 15). In Fig. 16 a) und b) ist ein Tinten-Kugelschreiber dargestellt mit aus Rohren 34 gebildeten unterschiedlichen Kapillarkanälen 44, 44′, die gem. Fig. 16 aus den Bohrungen der hier mit unterschiedlichen Durchmessern versehenen Rohre 34 einerseits sowie aus nicht vollständig verschlossenen Zwischenräumen (23) zwischen den Rohren 34 andererseits, gebildet sind. Die Rohre 34 weisen hierbei im Zentrum größeren und im äußeren Bereich kleineren Durchmesser auf, zur Erzielung unterschiedlicher Kapillarzonen innerhalb der Tintenzuführung und im Kugelbett.

Bei den aus den Fig. 17 und 18 ersichtlichen Schreibspitzen 12′′ mit Kapillarkanälen 44 ist ein erfindungsgemäßer Formkörper mit einem duktilen, d. h. verformbaren, bei der Benützung nachgiebigen Überzug 5, 5′ versehen, der ebenfalls kapillare Poren oder offene Kanäle aufweist und der ggf. auch nachträglich aufgesetzt oder beliebig austauschbar gestaltet und angeordnet sein kann.

Die Formkörper 1 nach den Fig. 19 und 20 stellen einen als auswechselbaren Einsatz ausgebildeten Perlator 16 (in Fig. 19) und eine Düse 15 (in Fig. 20) dar, wobei in beiden Fällen das Abgabemedium unter Druck durch die, vorzugsweise aus Profilrohren oder, aus Profilstäben gebildeten Austrittskanäle 45, 45′ gepreßt werden kann. Düsen dieser Art sind z. B. als Tintenstrahl-Düsen (Ink-Jet) ebenso einsetzbar, wie als Einspritz- oder Einlaß-Düsen im Motoren- bzw. im Kfz-Bau oder in sonstigen Anwendungsbereichen, in denen relativ verschleißfeste Ausgabe- oder Auftragselemente erforderlich sind. Bei pneumatischen Anwendungen können derartige Düsen als "Feinstdüsen" ausgebildet sein und mit oder ohne elektronischen Komponenten eingesetzt werden.

Das in Fig. 21 dargestellte Schreibgerät weist einen erfindungsgemäßen Formkörper 1 als Schreibspitze 12′ auf, die in einen zur Aufnahme des Schreibmittels dienenden Tank 7 eingesetzt ist. Der Tank 7 ist hier ein mit einer Füllvorrichtung 8 versehener Konverter und kann über die Schreibspitze 12′ auch nachgefüllt werden. Die hier als Modell dargestellte Schreibspitze 12′ selbst besteht aus einem nach einer der vorbeschriebenen Ausführungen hergestellten Formkörper 1, dessen Kapillarkanäle dem vorgesehenen Auftragsmedium und dem Verwendungszweck entsprechend gestaltet und bemessen sind. Die Form kann aber auch wie in Fig. 20 gezeigt oder beliebig anderweitig gestaltet sein. Ein derartiges Schreibgerät kann dann ggf. auch als "flüssiger Bleistift" Anwendung finden.

In Fig. 22 ist der hinten in einem Schaft 91 befestigte Abschlußstopfen 92 eines Schreibgerätes 9 dargestellt, in den ein erfindungsgemäßer Formkörper 1 als Filter 14 eingesetzt ist, um einerseits das Schreibmittel zurückzuhalten und aber zum anderen Luft ungehindert durch den Luftkanal 94 passieren zu lassen. Als zusätzliche Sicherung ist hierbei noch eine Verschlußklappe 93 vorgesehen, die in Schreibposition offen ist und in Ruheposition, d. h. liegend oder bei umgedrehtem Schreibgerät, den Zulauf zum Filter 14 sicher verhindert. Derartige Filter 14 lassen sich natürlich auch vielfältig anderweitig verwenden, wie beispielsweise als Luftfilter im Motoren- oder Automobilbau.

Je nach Anwendung und Ausführungsvariante kann der Faserverbundwerkstoff durch unterschiedlichste, prinzipiell weitgehend bekannte, Verfahren hergestellt werden.

Herstellungsbeispiel

Ein Faserverbund-Formkörper wird hergestellt aus:
Hüllrohr/Matrix: Ms-Rohr: Cu Zn 38 Pb 1,5
Außendurchmesser: 8 mm, Wand: 2 mm
Einsatzrohre: Ms-Rohre: Cu Zn 11 Ni1 Sn1, Anzahl: 19 Stück,
Außendurchmesser: 0,7 mm, Wand: 0,2 mm
Fertigungsfolge: Das Rohrbündel, bestehend aus 19 Stück Kapillarrohren, wird geordnet in das Hüllrohr eingeschoben. In mehreren Reduzierstufen wird die Vielzahl der Rohre zu einem teilhomogenen Material reduziert.

Durch mehrfaches Zwischenglühen verschweißen die einzelnen Rohre an der Oberfläche miteinander und mit dem Hüllrohr. Bei rundem Innendurchmesser ist die Anzahl der runden Einsatzrohre aus geometrischen Gründen eingeschränkt. Vorteilhaft sind Stückzahlen von: 7, 13 oder 19 Stück.

Wird Faser-Verbundwerkstoff als Ausgangsmaterial für vorschlagsgemäße Formkörper, insbesondere auch für Schreibspitzen und/oder Kugelspitzen verwendet, so kann der Ausgangsdraht sowohl in Stangen, Rohren oder Stäben, als auch in endlosem Ringmaterial hergestellt werden. Diese Lieferformen sind geeignet für eine rationelle Fertigung auf Drehautomaten. Ausgangswerkstoffist hierbei vorzugsweise eine Metallmatrix mit eingelegten metallischen Fasern aus Rohren, Drähten oder Profilkörpern.

Bei den Rohr-Faserverbundwerkstoffen entstehen die Kapillarkanäle durch die Innendurchmesser der Verbundrohre. Fertigungsbedingt verlieren die Kapillaren mehr oder weniger ihre ursprüngliche Ausgangsform beim Reduzieren vom Ausgangsdurchmesser und -Profil auf den Enddurchmesser. Bei Draht-Faserverbundwerkstoffen entstehen die kapillaren Kanäle in den Räumen zwischen den Drähten, die ursprünglich vorzugsweise als Runddrähte ausgebildet sind.

Bei Profildraht-Verbundwerkstoffen dienen Profildrähte als Einsätze, während bei Profilrohr-Verbundwerkstoffen innen, außen, oder innen und außen profilierte Rohre verwendet werden können.

Eine weitere mögliche Variante zur Herstellung von Kapillarkanälen besteht mittels Manteldraht- Faserverbundwerkstoffen. Hierbei entstehen die kapillaren Kanäle durch das Herausätzen des Kernmaterials aus den Manteldrähten der fertigen Formkörper. Die Variantenmöglichkeit ist hierbei gleich der der Rohr- Faserverbundwerkstoffe, mit dem Vorteil, daß Abmessung und Geometrie der Kapillarkanäle präziser bestimmt und konstanter produziert werden können, als dies bei Rohrverbundwerkstoffen möglich ist.

Ein weiterer Vorteil im Vergleich zu Rohren liegt in der besseren Verbindung (Schweißprozeß) zwischen Matrix und Manteldraht. Nachteilig sind hierbei jedoch die höheren Fertigungskosten, sowohl beim Vormaterial, als auch bei dem Formkörper, und die durch das Ätzen bedingten nur kurzen Kapillarkanäle, deren Selbsthaltekräfte für Flüssigkeiten zwangsläufig relativ gering sind.

Die Außengeometrie der Faser-Verbundwerkstoffe, insbesondere die Geometrie der kapillaren Kanäle bzw. deren geometrische Form, wird durch den Verformungsprozeß, je nach Verfahren, mehr oder weniger verändert.

Prinzipiell kann jede beliebige Form für die Gestaltung der Kapillarkanäle gewählt werden.

Ebenso ist die Anordnung und die Anzahl der Kapillaren in der Metallmatrix weitgehend frei wählbar.

Die Fasern, sowohl die aus Rohr, als auch die aus Draht, können im Durchmesser, in der Geometrie, in ihrer Lage, in der Stückzahl und auch in der Anordnung prinzipiell frei gewählt werden. Ebenfalls frei wählbar sind Abmessung und Außenform des Faserverbundwerkstoffes.

Die Materialkombination zwischen metallischer Matrix und den Fasern aus Draht oder Rohr ist bei einigen Verfahren fertigungsbedingt eingeschränkt.

Wie Versuche zeigten, sind die bekannten Fertigungsverfahren, die für Drahtfaserverbundmaterial entwickelt wurden, für Rohr-Faserwerkstoffe aus wirtschaftlicher Sicht nur bedingt brauchbar. Demgegenüber erscheint das nachstehend beschriebene Profildrahtverfahren besonders geeignet.

Die Grundüberlegung setzt aus Kostengründen voraus, daß man das Faserverbundmaterial in relativ langen Drähten, ausgehend von einem relativ dicken Vormaterial, fertigen kann. Dann ist das Drahtfaser- bzw. Profil-Verbundmaterial mit Kapillarkanälen aus Kostengründen für ein Massenprodukt ein gut geeignetes und aussichtsreiches Verfahren. Die Ausgangsprofile sind beispielsweise mehrere Kreisabschnitte mit eingewalzten Halbkreisen. Bei entsprechender Verteilung ergibt das jeweils mindestens zwei unterschiedliche Profile.

Je nach angewandtem Verfahren kann ein solches "Faser-Paket" stranggepreßt, gewalzt oder gezogen werden.

Das Strangpreßverfahren ist dem traditionellen Ziehen aus Kostengründen ggf. vorzuziehen.

Als weitere Varianten von Profilverbundmaterial sind auch gebündelte Einzelprofile geeignet.

Je nach Anwendung bzw. nach gewünschtem Durchmesser des Profilkörpers und/oder nach Konsistenz der durchlaufenden Flüssigkeit, sind die Durchmesser und die Längen der Kapillarbohrungen einzeln abzustimmen.

Nachfolgend werden einige Einsatzmöglichkeiten im Bereich der Schreib- und Zeichengeräte-Branche beispielhaft dargestellt und beschrieben.

Ausführungsbeispiel

Eine Schreibspitze aus einem 6 mm langen Stück aus Rohr- Faserverbundwerkstoff wird wie folgt hergestellt.

Als Ausgangsmaterial für das Hüllrohr wird (als Matrixmasse) Cu Zn 38 Pb 1,5 verwendet und für die Kapillarrohre Cu Zn 11 Ni1 Sn1.

Die Abmessung des Hüllrohres beträgt für den Außendurchmesser 6,8 mm, in das 19 Rohr-Einsätze mit einem Innendurchmesser von 0,2-0,25 mm eingesetzt sind.

Zu einer Schreibspitze aus Rohr-Verbundwerkstoff wird als Fülltank ein Standard-Konverter für Füllfederhalter mit einer 0,2 mm großen Luftausgleichsbohrung benützt und eine pigmentierte Tinte als Schreibflüssigkeit verwendet.

Die Schreibprobe mit diesem Muster ergab, daß ein derartiges System prinzipiell funktioniert.

Aufgrund der ungünstigen Spitzengeometrie ist hiermit zwar kein definierter Abstrich möglich, aber der Tintenfluß war sofort relativ kontinuierlich vorhanden.

Weitere Möglichkeiten von Schreibspitzen aus Faserverbundwerkstoffen ergeben sich, wenn in die Kapillarkanäle ggf. ein kleiner Tampon eingesetzt wird, der relativ geringe Kapillarkräfte, ausgehend von gleichen Kapillardurchmessern, in stärkere Kapillarkräfte umsetzt. Die Größe und die Querschnittsgeometrie der Schreibspitze sind frei wählbar.

Längere Kapillarkanäle sind erheblich auslaufsicherer, als kürzere Kapillarkanäle bei vergleichbarem Kapillardurchmesser. Sie erhöhen die Selbsthaltekräfte der Flüssigkeit in den Kapillarkanälen. Dies ist wichtig bei großem Füllvolumen.

Unterschiedliche Flüssigkeitskonsistenzen der Schreibflüssigkeiten können durch Veränderung der Kapillarlänge bzw. -querschnitte ausgeglichen werden. Metallische Faserverbundspitzen mit duktilem Überzug als Schreibspitzen können durch die einseitige Metallspitze und je nach Grundform der duktilen, d. h. verformbaren, Schreibspitze, als sich umlegend, weich dem Papier anschmiegend oder weich und formstabil über das Papier gleitend, gestaltet sein für Graphik-, Design-, Künstler-, Schul- und Malbedarf.

Wird anstelle einer "normalen" Schreibflüssigkeit, bzw. einer Tinte oder Tusche, eine flüssige Graphitdispersion verwendet, so kann bei entsprechender Dimensionierung und Formgebung der Kapillarkanäle hiermit auch ein Schreibgerät geschaffen werden, das als "flüssiger Bleistift" bezeichnet werden kann. Ein derartiger "Bleistift" könnte auch nur eine einzelne Bohrung als Ausgabeöffnung aufweisen.

Als Bausatz gestaltete Auftragsgeräte mit austauschbaren, gleichartigen oder unterschiedlichen Schreibspitzen und/oder mit verschiedenen Schreibmittelfarben, kann dieses Schreibsystem zusätzlich genutzt und multifunktional eingesetzt werden.

Das Material der duktilen (umformbaren) Schreibspitze muß Schreibflüssigkeit aufnehmen und über Kapillarkanäle auf das Papier abgeben können. Die Geometrie der duktilen Schreibspitze kann eine im Querschnitt runde oder jede sonst beliebige Form haben. Sie kann an der Schreibspitze abgerundet oder flächig sein. Die Länge der Schreibspitze verändert das Schreibverhalten und die Anwendungsmöglichkeiten des Schreibsystems.

Die Kombination von metallischer Faserverbundspitze mit duktiler, relativ weicher Schreibspitze, ergibt ein völlig neues Schreibsystem und verbindet die Eigenschaften bereits bekannter Schreibsysteme, wie Tuschezeichner, Calligraphie- Schreiber, Marker (speziell Layout-Maler), mit zusätzlichen Möglichkeiten.

Ein Kugelbett aus Faser-Verbundwerkstoff sollte technisch und wirtschaftlich ebenfalls möglich sein, insbesondere für als "Rollerball" bezeichnete, direkt gefüllte oder mit Tintenpatronen ausgestattete Tinten-Kugelschreiber.

Bei Füllfederhaltern und auch bei direkt gefüllten Dochtschreibgeräten ist für den Luftausgleich ein Tintenleiter mit einer Reglerstrecke vorgesehen. Mit metallischem Faser-Verbundwerkstoff läßt sich hierzu eine relativ preiswerte und platzsparende Alternative schaffen. Ein Abschlußstopfen aus Faserverbundwerkstoff, bestehend aus einer sehr dünnen Scheibe und aus einer Ventilklappe aus weichem Kunststoff, wäre hierfür ggf. bereits ausreichend. Bei Senkrechtstellung des Schreibgerätes hängt die Klappe nach unten. Luft kann durch den Faser-Verbundwerkstoff nachströmen, während die Klappe bei umgedrehter Lagerung Flüssigkeitsaustritt über die Scheibe verhindert. Bei senkrechter oder waagrechter Position des Schreibgerätes legt sich die Ventilklappe durch den Flüssigkeitsdruck am oberen Rand des Abschlußstopfens ringförmig an.

Der metallische Faser-Verbundwerkstoff mit Kapillarkanälen dient hier als Luftausgleich und Absperrventil. Bei einem als dünne Scheibe gestalteten Filter sind die Kapillarkräfte hierbei sehr gering.

Das durch das Schreiben hinter der Schreibflüssigkeit entstehende Vakuum zieht die Flüssigkeit aus den Kapillarkanälen und die Luft kann nachströmen. Andererseits ergibt sich durch die geringen Kapillarkräfte nur eine geringe Selbsthaltekraft der Flüssigkeit in den Kapillarkanälen. Bei Senkrechthaltung des Schreibgerätes besteht daher die Gefahr, daß die Schreibflüssigkeit durch die kurzen Kapillarkanäle tropft. Dem wirkt die Ventilklappe bei entsprechender Konstruktion entgegen, indem sie den Flüssigkeitsdruck der stehenden Schreibmittelsäule aufnimmt.

Mit der vorgeschlagenen Lösung kann das Prinzip der Kunststoff-Faserschreiber-Spitzen und deren Transportprinzip der Schreibflüssigkeit über ein Kapillarsystem, auf eine Metallspitze übertragen werden.

Aus dieser Sicht können die nachstehenden Schreibsysteme mit einer derartigen metallischen Schreibspitze bestückt werden. Dies gilt insbesondere für Faserschreiber jeder Art.

Ein eventueller Nachteil eines Faserschreibers mit metallischer Spitze könnten ungünstige Gleiteigenschaften auf Papier sein. Deshalb können auch duktile, d. h. weiche, poröse Schreibspitzen auf metallische Faser-Verbundkerne als Beschichtung aufgebracht oder als austauschbarer Überzug aufgezogen werden. Dieses System ermöglicht künstlerisches Schreiben und Zeichnen und frei wählbare Schreibspitzengeometrien, sowie bei Abnutzung die leichte Austauschbarkeit, beispielsweise einer aufgesetzten duktilen Spitze.

Weiterhin können aber auch Kugelschreiber mit einem Kugelbett aus Rohr-Faserverbundwerkstoff hergestellt werden; für unterschiedliche Kugel-Durchmesser, für unterschiedliche Schreibmedien und/oder für unterschiedliche Transportmengen der Schreibflüssigkeit durch unterschiedliche Größen der Kapillarkanäle.

Ein Kugelbett aus Faserverbundwerkstoff ermöglicht auch eine direkte Tankbefüllung, da über die feinen Kapillarkanäle der Schreibmittelfluß gut regulierbar ist.

Faser-Verbundkörper mit unterschiedlichem Durchmesser und mit Kapillarbohrungen können auch als Röhrchenschreiber eingesetzt werden. Vor allem dünne Röhrchen sind dadurch weniger störanfällig, da kein zentraler Mitteldraht mehr erforderlich ist.

Bei Füllfederhaltern können die Federn ggf. ebenfalls aus geeigneten Formkörpern hergestellt werden. Hierbei ist eventuell auch das Schwingverhalten der Feder einstellbar und die Durchflußmenge der Tinte regulierbar.

Bezugszeichenliste

1 Formkörper
11 Schreibdocht
12, 12′, 12′′ Schreibspitze
13 Kugelbett
14 Filter oder Sieb
15 Düse
16 Perlator
2 Hüllrohr
21 Innenfläche (von 2)
22 Mantelfläche, außen
23 Zwischenraum
3, 3′ Einsatz
31 Draht, voll
32 Manteldraht
32′ Drahthülle
32′′ Kern (von 32)
33 Profilkörper
33′, 33′′ Profilstäbe
33′′′, 33′′′′ Profilrohre
34, 34′ Rohre
4 Kanäle
41 Nuten
42 Stege
43 Konturen
44, 44′ Kapillarkanal
45, 45′ Austrittskanäle
46 Pastenkanal
5, 5′ Überzüge
6 Befestigung
7 Tank
8 Füllvorrichtung
9 Schreibgerät
91 Schaft
92 Abschlußstopfen
93 Verschlußklappe
94 Luftkanal

Claims (19)

1. Formkörper mit axial verlaufenden kapillaren Kanälen, wobei die Kanäle durch Einsätze gebildet werden, die von einem Hüllrohr umfaßt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einsätze (3, 3′) und das Hüllrohr (2) aus umformbarem und ggf. härtbarem Metall bestehen,
daß die Einsätze (3, 3′) als Drähte (31), Manteldrähte (32), Rohre (34) oder Profilkörper (33), insbesondere als Profilstäbe (33′, 33′′) und/oder als Profilrohre (33′′′, 33′′′′) ausgebildet, in das Hüllrohr (2) eingesetzt und mit diesem und miteinander axial unverschiebbar verbunden, insbesondere verpreßt, verschweißt oder verlötet sind
und daß die Reduzierung des Profils des Formkörpers (1) und/oder der Durchmesser der Kanäle (4) durch Umformen erfolgt ist.

2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (2) oder die Einsätze (3, 3′) bzw. deren Drahthüllen (32′) und das Hüllrohr (2) eine Matrix bilden.

3. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umformen durch reduzierendes Verpressen, durch Stauchen, Walzen oder durch Ziehen, vorzugsweise durch Strangziehen oder durch Strangpressen, erfolgt ist.

4. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er als Schreibdocht (11), Schreibspitze (12′, 12′′) oder als Kugelschreiberspitze (12) mit einem Kugelbett (13) ausgebildet ist.

5. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er als Filter oder Sieb (14), als Düse (15) oder als Perlator (16) ausgebildet ist.

6. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze (3, 3′) vor dem Verschweißen bzw. vor dem Umformen Nuten (41), Stege (42) oder Konturen (43) mit frei wählbaren Querschnittsformen und/oder Abmessungen aufweisen.

7. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (41) zwischen den Stegen (42) oder die Konturen (43) nach dem Umformen und/oder nach dem Verschweißen Kapillarkanäle (44) bilden.

8. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenprofil aller zusammengesetzten Profilkörper (33) dem Innenprofil des Hüllrohres (2), in das sie eingesetzt sind, vor dem Umformen formmäßig und maßlich im wesentlichen entspricht.

9. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Einsätze (3) Manteldrähte (32) verwendet wurden, deren Drahthüllen (32′) und Kerne (32′′) aus unterschiedlichen Materialien bestanden.

10. Formkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ummantelten Kerne (32′′) der Manteldrähte (32) nach dem Umformen entfernt wurden.

11. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze (3, 3′) und das Hüllrohr (2) während des Umformens durch Diffusionsverschweißung fest miteinander verbunden bzw. verschmolzen worden sind.

12. Formkörper nach einem der, vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze (3, ,3′) und das Hüllrohr (2) vor dem Umformen bzw. vor dem Verschweißen oder Verschmelzen mit einem Lotüberzug versehen sind.

13. Formkörper nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze (3, 3′) und das Hüllrohr (2) während des Umformens durch Verlötung fest miteinander verbunden bzw. verschmolzen worden sind.

14. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hüllrohr (2) mindestens zwei Einsätze (3′) enthalten sind und daß jeder axial verlaufende Kanal aus Nuten (41) oder Konturen (43) mindestens zweier Einsätze (3′) gebildet wird.

15. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Einsätze (3, 3′) als Drähte (31), Manteldrähte (32), Rohre (34) oder Profilkörpern (33), insbesondere als Profilstäbe (33′, 33′′) oder als Profilrohre (33′′′, 33′′′′) ausgebildet und in das Hüllrohr (2) eingesetzt werden und daß sie dann mit diesem und miteinander reibschlüssig fest verbunden oder verschweißt werden.

16. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reduzierung des Profiles des Formkörpers (1) und/oder der Durchmesser der Kanäle (4) durch Umformen erfolgt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Umformen durch reduzierendes Verpressen, durch Stauchen oder durch Ziehen, vorzugsweise durch Strangziehen oder durch Strangpressen, erfolgt.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze (3, 3′) untereinander und zusammen mit dem Hüllrohr (2) während oder nach dem Umformen durch Diffusionsverschweißung oder durch Verlötung fest miteinander verbunden bzw. verschmolzen werden.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne (32′′) der als Einsätze (3) verwendeten Drähte (31) nach dem Umformen durch Ausschmelzen oder Zersetzung aus den Drahthüllen (32′) entfernt werden.