Gewichts­re­duk­ti­on durch Präzisions-Hohlkugeln

In zahl­rei­chen tech­ni­schen Anwen­dun­gen sind Kugeln unver­zicht­bar. Ein inno­va­ti­ves Ver­fah­ren ermög­licht es nun, geschlif­fe­ne und polier­te Hohl­ku­geln aus metal­li­schen und kera­mi­schen Werk­stof­fen ab einem Durch­mes­ser von einem Mil­li­me­ter und anwen­dungs­spe­zi­fisch aus­ge­legt her­zu­stel­len. Mit die­sen Leicht­bau­rund­lin­gen las­sen sich bis zu 90 Pro­zent Gewicht ein­spa­ren. Sie eröff­nen damit völ­lig neue Per­spek­ti­ven, bestehen­de Appli­ka­tio­nen unter Leicht­bau­aspek­ten zu opti­mie­ren und neue Kugel­an­wen­dun­gen zu realisieren.
Vom Fahr­zeug- und Maschi­nen­bau über die Automatisierungs‑, Mess‑, Medi­zin- und Ven­til­tech­nik bis zur Luft- und Raum­fahrt, es gibt kaum eine Bran­che, in der Kugeln kei­ne Rol­le spie­len. Geht es dabei um metal­li­sche Prä­zi­si­ons­ku­geln, stan­den übli­cher­wei­se nur mas­si­ve Vari­an­ten zur Ver­fü­gung. Ledig­lich für beson­de­re Anwen­dun­gen lohn­te es sich, polier­te Hohl­ku­geln aus tief­ge­zo­ge­nen Ble­chen zu fer­ti­gen. Mit die­sem auf­wen­di­gen Ver­fah­ren las­sen sich jedoch nur metal­li­sche Hohl­ku­geln ab einem Durch­mes­ser von zehn Mil­li­me­tern her­stel­len. Die Fer­ti­gung klei­ne­rer For­ma­te ließ sich bis­her tech­nisch nicht wirt­schaft­lich rea­li­sie­ren. Kera­mi­sche Hohl­ku­geln sind im Markt bis­her kaum ver­füg­bar. Als Fol­ge davon sind die Kugeln häu­fig über­di­men­sio­niert und deut­lich schwe­rer als erfor­der­lich und wir­ken damit Leicht­bau­be­stre­bun­gen zur Ein­spa­rung von Res­sour­cen und Ener­gie ent­ge­gen. 

Anwen­dungs­spe­zi­fisch aus­ge­leg­te Metall- und Kera­mik-Hohl­ku­geln 

Um die­se Pro­ble­ma­tik zu besei­ti­gen, hat die Hol­lo­met GmbH in Zusam­men­ar­beit mit der Ball­cen­ter Han­dels­ge­sell­schaft mbH & Co. KG ein welt­weit ein­zig­ar­ti­ges Ver­fah­ren zur repro­du­zier­ba­ren Her­stel­lung von Hohl­ku­geln ent­wi­ckelt. Die Tech­no­lo­gie ermög­licht, Kugeln mit defi­nier­ten Wand­stär­ken von weni­gen Zehn­tel Mil­li­me­tern, äußerst prä­zi­sen Durch­mes­sern, Rund­hei­ten und gerings­ten Tole­ran­zen ab einem Mil­li­me­ter zu fer­ti­gen. In dem paten­tier­ten Pro­zess las­sen sich vie­le in Pul­ver­form ver­füg­ba­re und sin­ter­ba­re Metal­le wie hoch­fes­te Stäh­le und Edel­stäh­le (AISI316) sowie 
kera­mi­sche Werk­stof­fe wie Sili­zi­um­ni­trid (Si3N4), Sili­zi­um­car­bid (SiC), Alu­mi­ni­um­oxid (Al2O3), Zir­co­ni­um­oxid (ZrO2) und sogar Pie­zo­ke­ra­mi­ken ver­ar­bei­ten. Der hoch­prä­zi­se fina­le Schliff erfolgt durch Ball­cen­ter. Im Ver­gleich zu einer Voll­ku­gel wer­den damit Gewichts­ein­spa­run­gen von bis zu 90 Pro­zent erzielt. Gleich­zei­tig ermög­licht die hoch­fle­xi­ble Mate­ri­al­aus­wahl, die phy­si­ka­li­schen, che­mi­schen und ther­mi­schen Eigen­schaf­ten der Kugeln exakt auf die Anwen­dung abzu­stim­men. So kön­nen unter ande­rem Magne­tis­mus, Tem­pe­ra­tur­be­stän­dig­keit und/oder Resis­tenz gegen­über Che­mi­ka­li­en bedarfs­ge­recht beein­flusst wer­den. 

Lösung für opti­mier­te und neue Pro­duk­te 

Durch die opti­ma­le Anpas­sung an mecha­ni­sche und che­mi­sche Anfor­de­run­gen erge­ben sich unzäh­li­ge Ein­satz­mög­lich­kei­ten. Dazu zäh­len Mess­ge­rä­te, bei denen das hohe Gewicht der bis­her ver­wen­de­ten Voll­ma­te­ri­al­ku­geln stö­ren­de Schwin­gun­gen ver­ur­sa­chen kann. Bei hoch­dre­hen­den Spin­deln, die unter ande­rem in der Tex­til­in­dus­trie ein­ge­setzt wer­den, ermög­li­chen opti­mal design­te Hohl­ku­geln durch die Ver­rin­ge­rung der zu bewe­gen­den Mas­se Ener­gie­ein­spa­run­gen. Einen gerin­ge­ren Ener­gie­ver­brauch bei gleich­zei­tig ver­bes­ser­ter Zustell­prä­zi­si­on ver­spre­chen die Hohl­ku­geln in der Auto­ma­ti­sie­rungs- und Antriebs­tech­nik, zum Bei­spiel bei Robo­tern und Line­ar­sys­te­men sowie der Werk­zeug­zu­stel­lung in CNC-Maschinen.
Posi­tiv wirkt sich die ver­rin­ger­te Kugel­mas­se auch auf die Reak­ti­ons­zei­ten von Hoch­ge­schwin­dig­keits­ven­ti­len aus, die bei­spiels­wei­se in der Hydrau­lik, Pneu­ma­tik, im Moto­ren­bau, bei Ein­spritz­ven­ti­len sowie in der Dosier­tech­nik ver­wen­det wer­den. Die Mes­sung des Füll­stands oder Durch­flus­ses von aggres­si­ven Medi­en ist eben­falls ein Ein­satz, bei dem metal­li­sche und kera­mi­sche Hohl­ku­geln Vor­tei­le gegen­über den übli­chen kunst­stoff­ba­sier­ten Lösun­gen bie­ten kön­nen. Ein spe­zi­el­ler Anwen­dungs­be­reich kera­mi­scher Hohl­ku­geln ergibt bei der Her­stel­lung tech­ni­scher Gerä­te, die wie Magnet­re­so­nanz­to­mo­gra­phen emp­find­lich auf magne­ti­sche Werk­stof­fe reagie­ren kön­nen. 
Im brei­ten Seg­ment der Lager­tech­nik wer­den sehr unter­schied­li­che Anfor­de­run­gen an die übli­cher­wei­se ein­ge­setz­ten Voll­ma­te­ri­al­ku­geln gestellt, so dass sie nicht ein­fach durch Hohl­ku­geln ersetzt wer­den kön­nen. Aller­dings lohnt es sich auch in die­sem Bereich, über Leicht­bau­lö­sun­gen mit der gewichts­re­du­zier­ten Alter­na­ti­ve aus Metall oder Kera­mik nach­zu­den­ken. Denn im Wachs­tums­markt Elek­tro­mo­bi­li­tät oder auch bei Droh­nen, die zukünf­tig immer mehr Funk­tio­nen über­neh­men sol­len, zählt jedes Gramm weni­ger. 
Die Ent­wick­lung der Kugel­spe­zi­fi­ka­ti­on erfolgt ent­spre­chend den Kun­den­an­for­de­run­gen. Die Pro­duk­ti­on sowie die Koor­di­na­ti­on der Abläu­fe von der Roh­ling­be­ar­bei­tung bis zur Lager­hal­tung und Dis­po­si­ti­on ist in Klein- und Groß­se­ri­en mög­lich. Hol­lo­met und Ball­cen­ter bera­ten und unter­stüt­zen bei der Fest­le­gung der anwen­dungs­spe­zi­fi­schen Eigen­schaf­ten, die durch eine Mus­ter­se­rie vor der Seri­en­pro­duk­ti­on über­prüft und opti­miert wer­den kön­nen.