Analytische Untersuchungen zur Technologie der Kugelbearbeitung

FUr Produkte, die keiner konstruktiven ~nderung unterlie­ gen, die abel' praktisch nicht substituierbar sind, tendiert del' Preis nach unten und die Qualit~t stetig nach oben. Del' Fertigungstechnologie kommt dabei eine entscheidende Holle zu, da durch sie beide Faktoren determiniert sind. Die Kugel ist ein solches Produkt. Als geometrischer K5r­ per ist sie seit Jahrtausenden bekannt. Seit ca. 300 Jahren werden Marmorkugeln in sogenannten Marmel- odeI' Schusser­ mUhlen hergestellt. Poppe /P7/ beschrieb die MUhlen erst­ mals 1837. Die SchussermUhle bestand aus einem Schleif­ stein, del' konzentrische Hillen besaB und von einem Wasser­ rad angetrieben wurde und einer FUhrungsscheibe aus Eichen­ holz. Die grob behauenen Steine wurden zwischen FUhrungs­ scheibe und Schleifstein in del' Schleif rille allm~hlicb rund geschliffen. Die "Untersberger MarmormUhlen" an del' Almbach-Klamm zwischen Salzburg und Berchtesgaden arbeiten seit 1683 nach diesem Prinzip. 1854 beschrieb Dingler /D2/ eine Maschine zum "Schleif en" von Ventilkugeln aus Messing. Sechs Kugeln mit 2" Durch­ messer fUr Lokomotivpumpen wurden danach in sechs bis sie­ ben Stunden mit hinreichender Genauigkeit gefertigt. Die industrielle Herstellung von Kugeln begann in Deutsch­ land mit del' Erfindung del' sogenannten "Kugelfr~smaschine" 1883 durch Friedrich Fischer in Schweinfurt. Am 17.7.1890 wurde das Verfahren patentiert. Das Verfahrensprinzip del' "Kugelfr1l.smaschine" entsprach dem del' SchussermUhlen, wahr­ scheinlich ohne daB Fischer dieses Prinzip gekannt hatte. Seit diesel' Zeit wurden die Kugelbearbeitungsmaschinen st~ndig verbessert, doch das Verfahrensprinzip ist bis heute erhalten geblieben: die Kugelbearbeitung zwischen konzentrischen Hillen, das SKR-Prinzip.

1. Einleitung.- 2. Aufgabenstellung und Abgrenzung.- 3. Fertigungsverfahren der Kugelfertigung.- 3.1 Urformen.- 3.2 Umformen.- 3.3 Trennen.- 3.4 Sonstige Kugelfertigungsverfahren.- 3.5 Zusammenfassende Betrachtung der Kugelfertigungsverfahren.- 4. Kugelfertigungsmaschinen, die nach dem Skr-Prinzip Arbeiten.- 4.1 Baugruppen der SKR-Maschinen.- 4.2 Klassifikation der SKR-Maschinen.- 5. die Wechselseitige Beeinflussung von Kugeldurchmesser und Rillenquerform.- 5.1 Allgemeine Erkenntnisse der Verschleißforschung.- 5.2 Rillenquerform.- 5.3 Stationärer Verschleiß.- 5.4 Instationärer Verschleiß.- 5.5 Prozeßkennwert der Kugelbearbeitung.- 5.6 Experimentelle Ermittlung der Rillenquerform.- 6. Kontaktflächengeometrie Zwischen Kugel und Rille.- 6.1 Experimentelle Ermittlung der Druckflächenform.- 6.2 Hertz'sche Flächenpressung.- 6.3 Plächenpressung im Axial-Rillenkugellager.- 6.4 Mathematische Formulierung einer Lastverteilung im Kugel-Rillen-Kontakt.- 7. Ermittlung der Schleifkraft.- 7.1 Zusammenhang zwischen Reibkraft und Schleifkraft.- 7.2 Versuchseinrichtung zur experimentellen Ermittlung der Reibkraft.- 7.3 Rollreibkraft der Kugel in einer konzentrischen Rille.- 8. Ermittlung der Abrollradien.- 8.1 Abrollradius bei Hertz'sehen Kontakten.- 8.2 Experimentelle Ermittlung des Abrollradius beim Schleifen.- 9. Rechnerische Ermittlung der Kugelkinetik und -Kinematik.- 9.1 Stand der Forschung.- 9.2 Relativbewegung zwischen Kugeloberfläche und Rillenoberfläche.- 9.3 Kräfte beim Abrollen einer Kugel in einer Rille mit endlichem Teilkreisradius.- 9.4 Ermittlung der Kugeleigendrehachse (KEDA).- 9.5 Wertung der Ergebnisse.- 10. Antriebsleistung von SKR-Kugelbearbei-TÜngsmaschinen.- 11. Bewegungszone und Schleifzone.- 11.1 Das Differentialgleichungssystem zur Beschreibungder Kugelbewegung und dessen Lösung.- 11.2 Bewegungskurven für verschiedene Bewegungsformen der KEDA.- 11.3 Abschnittsweise Berechnung der Bewegungskurve.- 11.4 Diskussion der Ergebnisse.- 12. Zusammenfassung und Ausblick.- 13. Literaturverzeichnis.