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Herstellung von Kugeln

KugelherstellungInformationen zur Herstellung von Kugeln:
Kugeln können aus beliebigen Materialien hergestellt werden. Der Herstellungsprozess für Präzisionskugeln unterscheidet sich im Wesentlichen nur in der geometrischen Ausgangsform des Rohlings. Die überwiegende Form des Rohlings ist der Draht für Metallkugeln, Stäbe bei gesinterten Werkstoffen (z.Bsp. Hartmetalle), Stahlkugeln < 30mm, Kunststoffkugeln und Glaskugeln. Andere Ausgangsformen sind Würfel oder gepresste sphärische Körper.

Die Menge an verschiedene Kugelmaterialien und Qualitätsstufen hat zu einer Spezialisierung auf bestimmte Kugeln geführt. Im Zuge der Miniaturisierung hat sich z. B. die Firma Nanoball auf die Entwicklung und Herstellung von Miniaturkugeln konzentriert. Der Startschuss für die Miniaturisierung ist um das Jahr 1950 herum mit der Erfindung des Kugelschreibers gefallen.

Der Herstellungsprozess von Kugeln wird im Folgenden illustriert:
Der Ausgangsmetalldraht hat einen etwas größeren Durchmesser, als die zu fertigenden Kugeln. Der Draht wird kontinuierlich in einem Kaltumformungsprozess zunächst in kleine Zylinderstücke getrennt, die unmittelbar danach zwischen 2 halbförmigen Kalotten zu einer Kugel mit äquatorialem Ring zusammengestaucht werden.
Dieser Prozess wird als Stauchen bezeichnet. Der zweite Bearbeitungsprozess, das sogenannte Flashen, dient zum Entfernen des Äquators. Hierzu werden die geschlagenen Rohlinge zwischen 2 Plangedrehte Schleifscheiben gebracht. Die Schleifscheiben sind entweder horizontal (Horizontalschleifmaschinen) oder vertikal (Vertikalschleifmaschinen) gelagert. Die untere Platte rotiert und die oberer Platte wird mit Druck auf die eingelegten Rohlinge gebracht. Unter Hinzugabe von Schmier,- und Schleifflüssigkeiten und Abrasiven (pulverförmige Schleifmedien, wie etwa Diamantpulver) wird der äquatoriale Ring abgerieben. Die entstandene Kugel hat nun eine sehr rauhe Oberfläche. Beim zweiten Schleifprozess, dem sogenannten Grobschliff, werden die Kugeln unter Hinzugabe von groben Schleifmitteln bis in Nähe des gewünschten Kugeldurchmessers geschliffen. Nach dem Grobschleifprozess erfolgt bei Stahlkugeln ein Härteprozess, um den Stahl mit der nötigen Härte zu versehen. Die nächsten Schleifprozesse werden auf verrillten Schleifplatten ausgeführt. Die Verrillung der Schleifplatten wird mit Hilfe einer Drehmaschine vorgenommen. Prinzipiell handelt es sich um zentrische Kugelbahnen, die zur definierten Führung der Kugeln zwischen den Schleifplatten dient. Die Kugeln laufen jeweils eine Umdrehung (360°) in einer Rille, und werden anschließend in eine weitere innere oder äussere Rille eingesetzt. Hierdurch wird erreicht, dass die Kugeln die geforderte Rundheit erlangen. Je nach vorgegebenem Genauigkeitsgrad (Güte Klasse), werden die Kugeln nach dem Härten in 2 – 3 weiteren, mit Rillen versehenen Schleifplatten bearbeitet. Die letzten Schleifprozesse unterscheiden sich dabei durch die Wahl der Schleifplattenmaterialien, den Abrasivestoffen und Schleifflüssigkeiten. Zwischen den einzelnen Schleifprozessen werden die Kugeln jeweils gewaschen, getrocknet und sortiert. Der Sortierprozess verhindert, dass fehlerhafte Kugeln den folgenden Schleifprozess stören könnten.
Die Kugelschleifprozesse lassen sich wegen der Vielzahl an Schleifparametern (Schleifmaterialien, Schleifdruck und Schleifscheibenumdrehungszahl etc.) kaum automatisieren.

Güteklassen der Kugeln:

Die Kugeln werden in verschieden Qualitätsstufen eingeteilt. Eine internationale Norm (ISO 3290) vereint viele nationale Normen (z.B.:DIN 5401 Deutsche Norm, AFBMA Amerikanische Norm, JIS Japanische Norm). In den jeweiligen Normen werden die geometrischen Parameter der Kugel toleranzmäßig klassifiziert: Durchmessertoleranz, Rundheit, Formabweichung, Oberflächenrauhigkeit.
Zusätzlich werden die Kugeln in Sorten eingeteilt. Die Sorteneinteilung spielt eine besondere Rolle bei Anwendungen in schnell drehenden Lagerungen.