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Wie werden Kugeln von Kugellagern hergestellt?

A Kugellager besteht aus einer oder mehreren Reihen von Kugeln, die mit Hilfe eines Käfigs zwischen einem Innen- und einem Außenring, der so genannten Laufbahn, gehalten werden, sowie aus einer Reihe weiterer Merkmale wie Dichtungen zum Schutz des Schmiermittels und Schrauben, die das Lager an seinem Platz halten.in diesem Artikel werden nur die Hauptbestandteile eines Lagers behandelt, nämlich die Laufbahn, die Kugeln und der Käfig.

Die meisten Lager und Lagerkomponenten sind aus Stahl gefertigt. Am häufigsten wird der Lagerstahl SAE 52100 verwendet, ein Chromstahl, der mit 1% Kohlenstoff und 1,5% Chrom legiert ist; dieses Material ist bei Temperaturen von über 120°C stabil. Üblicherweise werden Käfige aus Polyamid-Kunststoff hergestellt, der in der Herstellung weniger kostspielig ist, sich aber nicht für den Einsatz in rauen Umgebungen eignet, insbesondere nicht für Hochtemperaturanwendungen.

Die inneren und äußeren Laufbahnen werden in einem sehr ähnlichen Verfahren hergestellt, bei dem automatisierte Maschinen das Stahlrohr in die Grundform der Laufbahn schneiden, wobei eine kleine Menge zusätzliches Material übrig bleibt, um den Verzug während des Anwärmvorgangs auszugleichen, und der Außenring mit der Lagernummer und den Herstellerangaben geprägt wird.

Anschließend werden die Ringe in einem Wärmebehandlungsofen gehärtet und in einer Zeitspanne von 20 Minuten bis zu mehreren Stunden, je nach Größe des Teils, auf ca. 840 Grad Celsius erhitzt. Anschließend werden sie in Öl abgekühlt und in einem zweiten Ofen bei ca. 148 Grad Celsius angelassen, ein Prozess, der die Laufbahnen sowohl hart als auch haltbar macht.

Jeder Teil der Laufbahn muss geschliffen werden, um sicherzustellen, dass die Lagerbreite, der Radius, die Sitzposition und die Geometrie korrekt sind. Bei einigen Lagern (z. B. Schrägkugellagern) ist später im Prozess ein zusätzliches Schleifen erforderlich, um sicherzustellen, dass die Ringe maßgenau sind.

Lagerkugeln werden in einem sehr präzisen Verfahren hergestellt. Eine perfekt runde und glatte Kugel minimiert die Reibung innerhalb des Lagers. Sie beginnt als Draht oder Stange, die das notwendige Material für die fertige Kugel enthält, und wird dann einem Prozess namens "Kaltstauchen" unterzogen, bei dem die Drahtenden aufeinanderprallen, um eine Kugel zu bilden. Bei diesem Verfahren stoßen die Drahtenden aufeinander, um eine Kugel zu formen.

Die Kugel wird dann wiederholt in eine Rille zwischen zwei Gusseisenscheiben eingeführt, von denen sich eine dreht, während die andere stillsteht. Die raue Rille reißt die Reibungskante effektiv ab, wodurch die Kugel ziemlich rund, aber für das anschließende Schleifen leicht überdimensioniert wird. Die Kugeln werden dann einer laufbahnähnlichen Wärmebehandlung unterzogen, um die Haltbarkeit zu verbessern, bevor sie auf die richtige Größe und Rundheit geschliffen werden.

Schließlich werden die Kugeln in eine Schleifmaschine gebracht, wo sie mit einer Scheibe aus weichem Gusseisen poliert werden, ähnlich wie beim Trommeln, nur mit weniger Druck, und eine Polierpaste wird verwendet, um die Oberfläche völlig glatt zu machen, ohne dass weiteres Material abgetragen werden muss, und die Kugeln bleiben 8-10 Stunden in der Schleifmaschine, um völlig glatte Kugeln zu erhalten.

Der Käfig ist Teil des Lagers und kann aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. Bei Stahl- oder Metallkäfigen wird der Käfig aus einem dünnen Stück Metall gestanzt und in eine formähnliche Struktur eingelegt, die den Käfig in die richtige Form biegt, der Käfig wird dann entfernt und ist bereit für die Montage. Bei Käfigen aus Kunststoff wird ein Verfahren namens "Spritzguss" angewandt, bei dem geschmolzener Kunststoff in eine Form gespritzt und dann gehärtet wird.

Nach einem Prozess wie dem oben beschriebenen sind alle Lagerteile komplett, und die Lager können zusammengebaut werden. Zunächst wird der Innenring in den Außenring eingesetzt, dann werden die Kugeln eingelegt und gleichmäßig zwischen den Ringen verteilt, schließlich werden Käfige eingebaut, um die Kugeln an ihrem Platz zu halten. Kunststoffkäfige lassen sich leicht einrasten, während Stahlkäfige normalerweise zusammengenietet werden müssen, und schließlich wird das Lager mit einem Rostschutzmittel oder einer anderen speziellen Oberflächenbehandlung für die jeweilige Anwendung beschichtet und für den Versand verpackt.

Kugellager sind billig in der Herstellung und werden seit Jahrhunderten bevorzugt, aber es gibt effizientere Konstruktionen von Kugellagern, wie z. B. Magnetschwebelager, die Magnete oder Druckluft verwenden, um zu verhindern, dass sich zwei Objekte vollständig berühren, die keine Reibung haben, weil es keinen direkten Kontakt zwischen den Strukturen gibt, und die daher sehr hohen Drehgeschwindigkeiten standhalten können, selbst wenn eine Rotation mit Lichtgeschwindigkeit möglich ist, aber sie sind zu kostspielig in der Herstellung und im Betrieb und werden daher weitgehend nicht genutzt.

Bälle haben auch eine sehr sci-fi Produktionsprozess, wie die Herstellung von "Space Ball", Lager Ball in der Raumfähre Herstellung, geschmolzenem Stahl frei schwebend in der Schwerelosigkeit, die Bildung von vollständigen und perfekten Kugel, jedoch ist diese Herstellungsmethode auch teurer als Schleifen Gießen.