Kugelschreiber

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Ein Kugelschreiber ist ein Schreibgerät mit einer Spitze, die automatisch mit Tinte aufgefrischt wird. Es besteht aus einer präzise geformten Metallkugel, die in einer Fassung unter einem Tintenreservoir sitzt. Wenn der Stift entlang einer Schreibfläche bewegt wird, wird Tinte abgegeben. Obwohl Kugelschreiber Ende des 19. Jahrhunderts erstmals patentiert wurden, erlangten sie erst Anfang der 1950er Jahre kommerzielle Bedeutung. Heute dominieren Kugelschreiber den Markt für Schreibgeräte und werden jedes Jahr weltweit über hundert Millionen Kugelschreiber verkauft.

Verlauf

Während die Idee eines Kugelschreibers schon seit vielen Jahren existierte, brauchten drei verschiedene Erfinder und fast 60 Jahre, um dieses moderne Schreibgerät zu entwickeln. Das erste Patent für diese Erfindung wurde am 30. Oktober 1888 einem Mann namens John J. Loud erteilt. Sein Kugelschreiber bestand aus einem winzigen rotierenden Kugellager, das durch ein darüber liegendes Reservoir ständig mit Tinte beschichtet wurde. Obwohl diese Erfindung funktionierte, war sie für Papier nicht gut geeignet, da sie auslief und ein Verschmieren verursachte. Zwei weitere Erfinder, Ladislas Biro und sein Bruder Georg, verbesserten die Erfindung von Loud und ließen ihre eigene Version patentieren, die der erste kommerziell bedeutende Kugelschreiber wurde. Diese Stifte sind immer noch durchgesickert, aber nicht so schlimm. Sie wurden weltweit populär und erreichten 1944 den Höhepunkt des Verkaufs. Im nächsten Jahr löste ein anderer Erfinder, Baron Marcel Bich, endlich das Auslaufproblem und begann mit der Herstellung von Bic-Stiften in Paris. Im Laufe der Jahre wurden viele Verbesserungen in der Technologie und Qualität der verschiedenen Teile des Stiftes, wie Tinte, Kugel, Reservoir und Körper, vorgenommen.

Hintergrund

Der Kugelschreiber wurde als Lösung für die Probleme beim Schreiben mit Füllfederhaltern entwickelt. Bei Füllfederhaltern muss der Benutzer den Stift ständig aktualisieren, indem er seine Spitze in Tinte taucht. Dies ist bei einem Kugelschreiber nicht notwendig, da er mit einem eigenen Tintenreservoir ausgestattet ist, das durch Kapillarwirkung das Auslaufen der Tinte verhindert. An der Spitze des Stiftes sitzt eine frei drehbare Kugel, die in einer Fassung sitzt. Nur ein Teil dieser Kugel ist freigelegt; der Rest befindet sich im Inneren des Stiftes und wird ständig von Tinte aus dem Reservoir umspült. Durch Drücken der Stiftspitze auf die Schreibfläche rollt die Kugel. Dieser Rollvorgang überträgt dann Tinte von der Innenseite des Stifts auf die Schreiboberfläche.

Obwohl Kugelschreiber in verschiedenen Ausführungen erhältlich sind, sind viele der Komponenten gleich. Zu den üblichen Komponenten gehören eine Kugel, eine Spitze, Tinte, ein Tintenreservoir oder eine Tintenpatrone und ein äußeres Gehäuse. Einige Stifte sind mit einer Kappe versehen, um ein Auslaufen oder eine Beschädigung der Spitze zu verhindern. Andere Stifte verwenden aus dem gleichen Grund ein einziehbares Punktsystem. Hier ist eine kleine Feder an der Außenseite des Tintenbehälters angebracht, und wenn ein Knopf gedrückt wird, wird die Spitze entweder freigelegt oder zurückgezogen. Wieder andere Arten von Kugelschreibern haben mehrere Tintenpatronen, wodurch es möglich ist, mit einem Stift in verschiedenen Farben zu schreiben. Andere Stifte haben nachfüllbare Tintenpatronen. Ein Stifttyp hat eine unter Druck stehende Patrone, die es dem Benutzer ermöglicht, unter Wasser, über Fett und im Weltraum zu schreiben.

Rohstoffe

Zur Herstellung der Komponenten eines Kugelschreibers werden verschiedene Rohstoffe verwendet, darunter Metalle, Kunststoffe und andere Chemikalien. Als Kugelschreiber zum ersten Mal entwickelt wurden, wurde eine gewöhnliche Stahlkugel verwendet. Diese Kugel wurde inzwischen durch eine texturierte Wolframkarbidkugel ersetzt. Dieses Material ist überlegen, weil es besonders verformungsbeständig ist. Der Ball ist so konzipiert, dass er eine perfekte Kugel ist, die buchstäblich jede Schreiboberfläche greifen kann. Seine Oberfläche besteht tatsächlich aus über 50.000 polierten Oberflächen und Vertiefungen. Die Gruben sind durch eine Reihe von Kanälen verbunden, die sich durch die gesamte Kugel erstrecken. Dieses Design ermöglicht, dass die Tinte sowohl auf der Oberfläche als auch im Inneren des Balls vorhanden ist.

Die Spitzen der meisten Kugelschreiber bestehen aus Messing, einer Legierung aus Kupfer und Zink. Dieses Material wird wegen seiner Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, ansprechenden Erscheinung und leichten Formbarkeit verwendet. Andere Teile wie die Tintenpatrone, das Gehäuse oder die Feder können auch aus Messing gefertigt werden. In einigen Fällen wird auch Aluminium verwendet, um den Stiftkörper herzustellen, und Edelstahl kann verwendet werden, um Stiftkomponenten herzustellen. Edelmetalle wie Gold, Silber oder Platin werden auf teurere Stifte plattiert.

Die Tinte kann vom Stifthersteller speziell angefertigt werden. Um in einem Kugelschreiber brauchbar zu sein, muss die Tinte etwas dickflüssig sein, im Vorratsbehälter langsam trocknen und frei von Partikeln sein. Diese Eigenschaften stellen sicher, dass die Tinte weiter auf das Papier fließt, ohne die Kugel zu verstopfen. Wenn sich die Tinte auf dem Papier befindet, erfolgt eine schnelle Trocknung durch Eindringen und etwas Verdunstung. In einer Tintenformulierung werden verschiedene Pigmente und Farbstoffe verwendet, um die Farbe bereitzustellen. Andere Materialien wie Gleitmittel, Tenside, Verdickungsmittel und Konservierungsmittel werden ebenfalls eingearbeitet. Diese Bestandteile werden typischerweise in Materialien wie Ölsäure, Rizinusöl oder einem Sulfonamid-Weichmacher dispergiert.

Ein Kugelschreiber aus Kunststoff und Metall von 1963 zum Gedenken an die Ermordung von Präsident John F. Kennedy Jr. (Aus den Sammlungen des Henry Ford Museum &Greenfield Village.)

Bis zum Aufkommen des Computers suchten die Menschen nach Schreibgeräten, um Geschichten und Lieder aufzunehmen. Die frühesten Kritzeleien wurden mit einem verbrannten Stock in Sand gemacht. Bis zum vierten Jahrhundert v. , verwendeten die Sumerer keilförmige Schilfstifte, um Bildformen in Tontafeln zu schneiden. Ägypter malten Hieroglyphen mit Pinseln aus Sumpfrohr und die alten Chinesen schrieben mit Pinseln aus steifem Haar. Die alten Griechen und Römer schärften steife Schilfrohre zu einem Punkt, was zu einer straffen und präzisen Chirographie führte.

Der Federkiel aus Gänse- oder Schwanenfedern wurde über 1.000 Jahre von Schriftstellern bevorzugt. Die weiche Feder wurde spitz geschliffen, an der Spitze gespalten, damit die Tinte frei fließen kann, und ständig nachgeschärft. Eine monumentale Verbesserung gegenüber dem Federkiel war Joseph Gillotts Erfindung der Stahlfeder im späten 19. Jahrhundert, die kein Anspitzen erforderte und vom Federkörper getrennt und bei Bedarf geändert werden konnte. Trotzdem tauchte der Autor ständig die Feder in Tinte, um Tropfen zu vermeiden.

Füllfederhalter speichern Tinte in einem Reservoir innerhalb des Füllers, die Feder wird somit mit einem konstanten Tintenstrom versorgt. Alonzo Cross präsentierte Ende der 1860er Jahre einen "stilografischen Stift" mit einer Nadelspitze, die Tinte ablegte, aber Flecken und Schlieren waren immer noch üblich. Allerdings hat der Kugelschreiber die Unordnung praktisch ausgerottet. Kugelschreiber, die Anfang des Jahrhunderts hergestellt wurden, leckten, übersprangen und ließen Tinte fallen, bis 1950 eine neue Tinte entwickelt wurde, die den Kugelschreiber zuverlässig machte.

Nancy EV Bryk

Kunststoffe sind zu einem wichtigen Rohstoff in der Kugelschreiberherstellung geworden. Sie haben den Vorteil, dass sie leicht geformt, leicht, korrosionsbeständig und kostengünstig sind. Sie werden hauptsächlich verwendet, um den Körper des Stiftes zu bilden, werden aber auch verwendet, um die Tintenpatrone, den Druckknopf, die Kappe und einen Teil der Spitze herzustellen. Je nach physikalischen Eigenschaften werden unterschiedliche Kunststoffe verwendet. Duroplastische Kunststoffe wie Phenolharze, die nach dem Formen und Abkühlen dauerhaft hart bleiben, werden typischerweise bei der Konstruktion des Körpers, der Kappe und anderer Teile verwendet. Thermoplastische Materialien bleiben flexibel. Dazu gehören Materialien wie Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und Vinylharze, aus denen die meisten Stiftkomponenten hergestellt werden können.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Kugelschreiber werden in Massenmengen auf Bestellung gefertigt. Obwohl jeder Hersteller sie etwas anders herstellt, umfassen die grundlegenden Schritte das Compoundieren der Tinte, die Bildung von Metallkomponenten, das Formen von Kunststoffkomponenten, die Einzelteilmontage, die Verpackung, die Etikettierung und den Versand. In modernen Geschäften können Stifte in weniger als fünf Minuten vom Rohmaterial zum fertigen Produkt gelangen.

Herstellung der Tinte

• 1 Große Tintenchargen werden in einem dafür vorgesehenen Bereich der Produktionsstätte hergestellt. Hier befolgen Arbeiter, sogenannte Compounder, die Rezepturanweisungen, um Tintenchargen herzustellen. Die Rohstoffe werden in den Batch-Tank gefüllt und gründlich gemischt. Je nach Rezeptur können diese Chargen je nach Bedarf erhitzt und gekühlt werden, damit sich die Rohstoffe schneller verbinden. Ein Teil der größeren Rohstoffmengen wird direkt in den Batchtank gepumpt und dosiert. Diese Materialien werden einfach per Knopfdruck auf computergesteuerten Steuerungen hinzugefügt. Diese Steuerungen regeln auch die Mischgeschwindigkeiten sowie die Heiz- und Kühlraten. Qualitätskontrollen werden an verschiedenen Stellen der Farbchargen durchgeführt.

Stanzen und Umformen

• 2 Während die Tinte hergestellt wird, werden die Metallkomponenten des Stifts hergestellt. Die Wolframkarbidkugeln werden normalerweise von externen Anbietern geliefert. Andere Teile des Stifts, wie die Spitze und der Körper, werden mit verschiedenen Formen hergestellt. Zunächst werden Messingbänder automatisch in Stanzmaschinen eingelegt, die Tausende von kleinen Scheiben ausschneiden. Anschließend werden die Messingscheiben erweicht und in eine Verdichtungskammer gegossen, die aus einem Stahlstößel und einem federunterstützten Auswerferkolben besteht. Der Stahlstößel drückt auf das Metall, wodurch der Kolben zurückgezogen wird und das Metall in eine Druckgussform gedrückt wird. Dadurch wird das Metall komprimiert und die verschiedenen Stiftteile geformt. Wenn der Stößel und der Kolben in ihre ursprüngliche Position zurückkehren, wird das überschüssige Metall dann abgekratzt und recycelt. Die Matrize wird dann geöffnet und das Stiftstück wird ausgeworfen.
• 3 Anschließend werden die Formteile gereinigt und geschnitten. Sie werden in ein Bad getaucht, um die beim Formprozess verwendeten Öle zu entfernen. Nach dem Austritt aus dem Bad werden die Teile dann auf die Maße des jeweiligen Stiftes zugeschnitten. Anschließend werden die Stiftteile mit rotierenden Bürsten poliert und erneut gereinigt, um eventuelle Ölrückstände zu entfernen. Die Kugel kann dann in die Spitzenkavität eingeführt werden.

Gehäuse formen

• 4 Die Kunststoffteile des Stiftes werden gleichzeitig mit dem andere Stiftteile. Sie können entweder durch Extrusion oder Spritzguss hergestellt werden. Bei jedem Ansatz wird der Kunststoff als Granulat oder Pulver angeliefert und in einen großen Trichter eingespeist. Der Extrusionsprozess beinhaltet eine große Spiralschnecke, die das Material durch eine beheizte Kammer drückt und es zu einer dicken, fließenden Masse macht. Es wird dann durch eine Matrize gepresst, abgekühlt und geschnitten. Teile wie der Stiftkörper und das Tintenreservoir werden nach diesem Verfahren hergestellt.
• 5 Für Teile mit komplexeren Formen, wie Kappen, Enden und mechanische Komponenten, wird Spritzguss verwendet. Dabei wird der Kunststoff erhitzt, wodurch er in eine Flüssigkeit übergeht, die dann in eine Form gewaltsam eingespritzt werden kann. Nach dem Abkühlen verfestigt es sich und behält seine Form nach dem Öffnen der Matrize bei.

Tintenbefüllung und Montage

• 6 Nachdem die Komponenten geformt sind, kann der Zusammenbau erfolgen. Normalerweise wird der Kugelschreiber zuerst am Tintenbehälter befestigt. Diese Stücke werden dann zu Injektoren gefördert, die den Behälter mit der entsprechend farbigen Tinte füllen. Wenn eine Feder vorhanden sein soll, wird sie dann auf den Lauf des Reservoirs gelegt.

Endmontage, Verpackung und Versand

• 7 Die Spitze und das Reservoir werden dann im Hauptkörper des Stifts platziert. In diesem Stadium werden andere Komponenten wie die Kappe und die Enden eingearbeitet. Auch andere Veredelungsschritte, wie das Aufbringen von Beschichtungen oder Dekorationen oder die Durchführung einer Endreinigung, werden durchgeführt. Die fertigen Stifte werden dann verkaufsgerecht verpackt. Einzelne Pens können in Blisterverpackungen mit Kartonrücken verpackt werden. Gruppen von Stiften werden in Tüten oder Kartons verpackt. Diese Verkaufseinheiten werden dann in Kartons verpackt, auf Paletten gestapelt und an Händler versandt.

Qualitätskontrolle

Die Qualität der Stiftkomponenten wird während aller Herstellungsschritte überprüft. Da jeden Tag Tausende von Teilen hergestellt werden, ist es unmöglich, jedes einzelne zu inspizieren. Daher entnehmen Linienprüfer in bestimmten Zeitabständen Stichproben von Federstücken und prüfen, ob sie den festgelegten Vorgaben in Bezug auf Größe, Form und Konsistenz entsprechen. Die primäre Testmethode ist die visuelle Inspektion, obwohl auch strengere Messungen durchgeführt werden. Es stehen verschiedene Arten von Messgeräten zur Verfügung. Längenmessungen werden mit einem Messschieber, einem Mikrometer oder einem Mikroskop durchgeführt. Diese unterscheiden sich jeweils in Genauigkeit und Anwendung. Um den Zustand von Oberflächenbeschichtungen zu prüfen, kann ein optisches Flach- oder Oberflächenmessgerät verwendet werden.

Wie die festen Teile der Stifte werden auch die flüssigen Tintenchargen einer Qualitätsprüfung unterzogen. Nachdem alle Zutaten der Charge hinzugefügt wurden, wird eine Probe zum Testen in das Qualitätskontrolllabor (QC) gebracht. Die physikalischen Eigenschaften werden überprüft, um sicherzustellen, dass die Charge den Spezifikationen entspricht, die in der Rezepturanleitung angegeben sind. Die QC-Gruppe führt Tests wie pH-Bestimmung, Viskositätsprüfungen und Aussehensbewertungen durch. Wenn festgestellt wird, dass die Charge "außerhalb der Spezifikation" liegt, können Anpassungen vorgenommen werden. Zum Beispiel können Farben durch Hinzufügen von mehr Farbstoff angepasst werden.

Zusätzlich zu diesen spezifischen Prüfungen werden in jeder Fertigungsphase auch Linienprüfer eingesetzt. Sie inspizieren die Komponenten bei der Herstellung visuell und prüfen auf Dinge wie unzureichend gefüllte Tintenbehälter, verformte Stifte und falsch montierte Teile. Stichproben des Endprodukts werden ebenfalls getestet, um sicherzustellen, dass eine Charge von Stiften richtig schreibt.

Die Zukunft

Die Kugelschreibertechnologie hat sich seit der ersten patentierten Erfindung von Loud stark verbessert. Künftige Forschung wird sich auf die Entwicklung neuer Tinten und besser gestalteter Stifte konzentrieren, die komfortabler und langlebiger sind. Darüber hinaus bemühen sich die Hersteller, Produkte von höherer Qualität zu möglichst geringen Kosten herzustellen. Ein Trend, der sich fortsetzen wird, wird die Entwicklung von Materialien und Verfahren sein, bei denen Metalle und Kunststoffe verwendet werden, die vom Normalzustand nur ein Minimum an Bearbeitung erfahren haben. Dies sollte den Abfall minimieren, die Produktionsgeschwindigkeit erhöhen und die Endkosten der Stifte senken.