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ballcenter Kugelherstellung – Vom Draht zum Los

Kugeln werden bereits seit Jahrhunderten für die unterschiedlichsten Einsatzzwecke hergestellt. Im industriellen Bereich bieten sich je nach Kugeldurchmesser und -material verschiedene Herstellungsverfahren an.

Für Präzisionsbauteile sollten ausschließlich Verfahren der Kugelherstellung eingesetzt, mit denen genormte Maß- und Formgenauigkeiten erreicht werden. Dank moderner Technik werden diese Ziele auch in hohen Losgrößen sehr wirtschaftlich erreicht.

Expertise Kugelherstellung

Historischer Hintergrund Geschichtliches zur Kugelherstellung

Für Stahlkugeln, Hartmetallkugeln und Keramikkugeln hat sich am Prinzip des Schleifprozesses, seit Erfindung der maschinellen Fertigung durch Galileo Galilei anhand von Wasserschleifmühlen, grundlegend nichts geändert. Selbstverständlich wurden die Prozesse seitdem verbessert und optimiert und mittlerweile auf modernen Fertigungsmaschinen durchgeführt. Früher galt die Kugelherstellung synonym auch für die Produktion von Kanonenkugeln. In der Vorindustrielle fand die Herstellung von steinerner Munition in einem Schrotturm statt.

Kugelherstellung Ablauf Präzision in jedem Schritt

Stanzen/Stiften & Pressen

Für die Herstellung von Kugeln aus Stahl, Aluminium und Buntmetallen werden Zylinder üblicherweise von einem Draht abgeschert und mittels Matrizen in Kugelform gebracht. Diese sogenannten Presslinge haben 2 Pole und meist einen mehr oder weniger ausgeprägten Ring um den Äquator (Saturnring).

Sehr große Kugeln werden geschmiedet. Hier wird Stahl klassisch rotglühend erhitzt und mittels Schmiedewerkzeugen in Form (Rohkugel) gebracht.

Ausnahmen bilden hier z.B. Hohlkugeln aus Metall. Hier wird in der Negativform einer Kugelhälfte Bandstahl durch einen Tiefziehprozess umgeformt. Entweder werden dafür entsprechend des Kugelradius Stücke des Kugelmantels abgeschnitten oder das gesamte Halbkugelsegment in eine Kugel geformt. Diese Segmente werden anschließend in einem Schweißvorgang zusammengefügt.
In jedem Fall haben die Kugelrohlinge immer einen etwas größeren Durchmesser als die fertige Kugel.

Walzen/Flashen

Auf konzentrischen, rotierenden Rillenplatten erfährt die Kugel nun höchste Präzisionsarbeit in der Kugelherstellung. Grobe Unebenheiten, Grat und sonstige Rückstände werden mithilfe der zwei Werkzeugscheiben beim Walzen entfernt, sodass bereits hier eine Kugel mit hoher Formgenauigkeit und Oberflächengüte entsteht.

Wärmebehandlung

Für einige Kugeln aus Stahl schließt nach dem Walzen eine Wärmebehandlung an. Diese sorgt für die benötigte anwendungs- und materialspezifische Härte sowohl für die Oberfläche als auch den Kugelkern. Durch diese thermischen Verfahren lassen sich mit den entsprechenden Werkstoffen hervorragende Kugeleigenschaften und -belastbarkeiten erzielen.

Schleifen

Ist die Kugel geflasht bzw. hat sich nach der Wärmebehandlung erholt und abgekühlt, verfeinert der Schleifprozess mit Keramik- und/oder Stahlwerkzeugen die Präzision und die industrielle Nutzbarkeit der Kugel. Kombiniert mit einem oder zwei zusätzlichen Schritten, dem Läppen, wird die Kugel auf Maß- und Formgenauigkeiten gebracht, die je nach Kundenwunsch sogar ISO-Standards übertreffen.

Dabei werden die Kugeln so auf Hochglanz poliert, dass es zu Oberflächengüten von kleiner Ra 0,010 µm kommt. Anschließend werden die Kugeln geprüft und gewaschen, um sicherzustellen, dass das Fertigungslos auch alle Anforderungen in Bezug auf Qualität und die geforderte Produktreinheit erfüllt.

Qualitätssicherung Abschluss der Kugelherstellung

Nicht aus der Kugelherstellung wegzudenken ist die Kontrolle der Ergebnisse. Die Kugelherstellung Materialien, die hier nicht genannt wurden, unterliegt ebenfalls sehr hohen Genauigkeiten, Bauteilanforderungen und Normen, aber durchläuft ähnlichen Prozesse und endet immer mit der Qualitätssicherung.

In diesem letzten Schritt werden sowohl technische Daten, Materialeigenschaften, als auch chemische Eigenschaften bewertet. Die Prüfungen orientieren sich dabei an den vom Kunden angegebenen Verwendungszweck und den vorgeschriebenen Normen wie ISO 3290 und DIN 5401.

Getestet wird zum Beispiel mit automatischen optomechanischen oder rein mechanischen Abtastern, aber auch in selteneren Fällen durch visuelle Prüfung mittels Automaten oder geschultem Personal. Das verwendete Messequipment ist teuer, extrem präzise und weist eine sehr hohe Wiederholbarkeit auf.

Verfahrenstechnik Werkzeuge für die Kugelherstellung

Spanabhebende Verfahren

Neben den bereits erwähnten konzentrischen Rillenplatten und Schleifmaschinen führen die unterschiedlichen Herstellungsmethoden zu verschiedenen Prozessmaschinen. Werden die Stahl oder Kunststoffkugeln von einer Stange oder einem Draht geschnitten, handelt es sich in der Regel um eine automatische Drehbank. In diesem Fall wird die Grundform der Kugeln durch spanabhebende Fertigungsverfahren erzeugt.

Pressverfahren für Keramiken

Keramische Kugeln und Hartmetallkugeln werden durch ein Pressverfahren erzeugt. Bei diesen Sinterwerkstoffen wird die Keramik oder das Hartmetall zunächst pulverförmig gepresst oder als Grünkörper bearbeitet. Nachdem das Material dann gesintert wurde, werden diese Rohling nach dem gleichen Prinzip wie die Stahlkugeln bearbeitet. Es kommen allerdings teure Schleifmedien wie Diamant in verschiedenen Körnungen zum Einsatz.

Beim Schleifen lassen sich die Durchmesser der Kugeln durch den Einsatz verschiedener Schleifplatten und Materialien sehr homogen halten. Ein Kugellos hat daher immer nahezu identische dimensionelle Eigenschaften.

Walzsortieren

Vor den Schleifvorgängen wird mittels sog. Walzensortierern auf einem nahezu parallel angeordneten Walzenpaar sortiert. Dabei werden Oberflächendefekte oder Materialfehlstellen schon weit vor der Endbearbeitung entfernt um, eine perfekte Kugel im Endzustand zu garantieren. Extrem niedrige PPM Fehlerzahlen sind hier das Resultat einer perfekt organisierten Fertigung.

Anwendungen Auf die Kugelherstellung angewiesene Einsatzgebiete

Früher, zu Beginn des 20. Jahrhunderts, war vor allem die Fahrradindustrie von den runden Walzkörpern abhängig. Seit den Weltkriegen haben die Körper und ihre Herstellungen eine Revolution, sowie mehr Beachtung erfahren. Heute gelten die „Bauteile“ - schlicht unsere Kugeln - in den verschiedensten Größen und Genauigkeiten als überlebenswichtig, da sie Massenproduktionen für alltägliche Produkte, Medikamente und Maschinen voranbringen, aber auch den Verkehr tragen. Eine besondere Bedeutung hat die Kugelherstellung für Mechaniken, die Reibung sparen und dadurch energieeffizienter und langlebiger laufen sollen.

Kugel Wiki

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