Kugel-Winnies Kugel-Wissen

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Kugel-Winnies Kugel-Wissen

 

Liebe Technik-Fans...

seit fast 50 Jahren arbeite ich in der Kugel- und Wälzkörperbranche. Davon war ich allein in der Kugelfertigung über 30 Jahre, in der Rollenfertigung zehn Jahre tätig. In dieser Zeit habe ich jede Menge Spezialwissen und Erfahrungen gesammelt. Nun möchte ich hier in meinem neuen Blog einiges an Tipps und Fachwissen weitergeben:

 


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Qualitätsangaben und -toleranzen bei Chromstahlkugeln

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Liebe Technik-Fans,

leider kommt es immer wieder vor, dass Stahlkugeln, insbesondere Chromstahlkugeln, von externen Anbietern ohne Qualitäts- / Materialbezeichnungen oder mit Produktmängeln (beispielsweise Rostflecken) verkauft werden. Das veranlasst uns, auf die Wichtigkeit der Qualitätsangaben und -toleranzen bei Chromstahlkugeln, Sondermaterial 1.3520, hinzuweisen. Zur Maßgenauigkeit, Formgenauigkeit und Rauheit nach Vorgaben der DIN 5401 finden sich in unserem Datenblatt zur Maßgenauigkeit bereits die Richtwerte.
 

Ein Beispiel:
die Beschaffenheit von Chromstahlkugeln im Durchmesserbereich von 40 mm und größer, die unter anderem in Lagern, darunter diese von Großdrehverbindungen, Drehkränzen, Windrädern und Kränen, verwendet werden. Für Kugeln mit 40 bis 150 mm Durchmesser wird hierbei das Wälzlagerstahl 1.3520 (100CrMnSi6-4) verwendet, für größere Durchmesser Wälzlagerstahl 1.3536 (100CrMo7-3). Die beiden Werkstoffe unterscheiden sich vom Chromstahl 1.3505 nur durch ihre sogenannte Durchhärtbarkeit und werden speziell für größere Kugeln verwendet.
 

Auch hier im Shop sind die größeren Kugeln (40 bis 120 mm) alle aus dem Material Chromstahl 1.3520, wodurch optimale Bedingungen für Härte und Belastbarkeit der Kugeln geschaffen werden. Alternativ bieten wir für den Durchmesserbereich 40 bis 100 mm auch Chromstahlkugeln aus Wälzlagerstahl 1.3505, die momentan aber nicht im Shop eingestellt sind. Kugeldurchmesser von über 120 mm können allerdings nur auf Anfrage und bei der Abnahme einer entsprechenden Stückzahl gefertigt werden, da sie in der Regel keine Lagerware sind.

 

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Kunststoffkugeln, ein Produkt mit vielen Einsatzmöglichkeiten

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Liebe Technik-Fans,

Kugeln aus Kunststoffen sind oft die Lösung, wenn andere Kugeln zu schwer, physiologisch bedenklich, unbeständig gegen Chemikalien, elektrisch leitend oder magnetisch sind. In Ventilen werden sie oft zur Reduzierung von Geräuschen verwendet. Wegen ihres geringen spezifischen Gewichtes dienen sie auch als Füllstandsanzeige. Weitere Einsatzmöglichkeiten sind:

Deodorantroller, die Computer-Mouse, Parfümflakons, Armaturen, elektrische Messgeräte, Feuerlöschgeräte, der Filterbau, Messgeräte für Gase und Flüssigkeiten, optische Geräte, Pumpen, die mit aggressiven Stoffen in Berührung kommen und viele andere mehr.

Dabei gibt es Kunststoffkugeln in vielen Variationen und Materialien. Übrigens ist die Fertigung mit Kunststoffkugeln nicht mit der von Stahlkugeln vergleichbar, der ganze Ablauf ist anders. Kunststoffkugeln sind in der Regel gegossen, gespritzt, gedreht oder aber warm gepresst.

 

Übersicht Materialien

  • PA 6.6 (Polyamid 6.6)
  • POM (Polyacetal – Polyoxymethylen)
  • PP (Polypropylen)
  • PUR (Polyurethan)
  • PTFE (Polytetrafluoräthylen)
  • PEEK (Polyetheretherketon)

 

Weiterhin gibt es noch Sonderfertigungen von Kunststoffkugeln mit farbiger Oberfläche oder durchgefärbte Kugeln sowie Kugeln aus besonders widerstandsfähigem Material. Diese Kugeln werden mit Glasfaser oder Kohlefaser angereichert und somit verstärkt.

Für Kunststoffkugeln gibt es neben den bisherigen Anwendungen nun auch neue, äußerst wirkungsvolle Einsatzmöglichkeiten: So werden sie zum Beispiel derzeit versuchsweise in der Abwasserbehandlung eingesetzt, um Filter-Membranen von Schmutz zu befreien. In ersten Untersuchungen wurde bereits nachgewiesen, dass das neue Verfahren zu einer wirkungsvollen Reinigung der Filter führt. Auch in Seen, beispielsweise in Kalifornien, kommen Hohlkugeln bereits in großen Mengen zum Einsatz, um ein Austrocknen zu verhindern.

Kunststoffkugeln sind also ein Produkt, das in Zukunft immer häufiger verwendet werden wird, und deren großes Potenzial gerade erst entdeckt wird!

 

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Toleranzen gehärteter Kanonenkugeln (Material 1.3520)

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Liebe Technik-Fans,

Das Maß unserer gehärteten Kanonenkugeln ist sehr genau. Die Kugeln aus dem Material 1.3520 werden mit Kugelbearbeitungsmaschinen hergestellt. Die Kugeln werden lediglich in einer-Spezial-Trommel getrommelt – so kommt die raue (nicht polierte) Oberfläche zustande. Die Kugeln sind aufgrund ihrer Härte nicht bohr- oder schweißbar.

Nimmt man eine Kugel mit einem Durchmesser von 60 mm als Vergleichsgröße, so ist ihr Maß mit einer Toleranz von kleiner 0,01 mm wesentlich genauer als das gedrehter oder geschmiedeter Kugeln.
Im Vergleich dazu: Bei einer gedrehten Kugel mit sichtbarem Drehbild liegt die Toleranz je nach Maschine im Bereich von größer 0,1 mm und mehr.

Wenn man eine von Hand geschmiedete Kugel (Material Eisen – unterschiedlichste Materialien) als Vergleich hinzunimmt, weist diese stellenweise eine Toleranz von bis zu 2 mm und mehr auf den Durchmesser gemessen auf.
Auch sind gedrehte Kugeln von der Stange oder geschmiedete Kugel nicht als Lagerkugel verwendbar.

Unsere weichgeglühten Kanonenkugeln sind im Maß ebenfalls genauer als gedrehte oder geschmiedete Kugeln, sie haben durch das Weichglühen lediglich eine etwas verzunderte Oberfläche.
Dagegen weisen unsere geflashten Kugeln (Originalkugeln – Halbfabrikate) nach dem ersten Bearbeitungsprozess eine Genauigkeit von ca. 0,5 mm auf. Wenn die Kugeln egalisiert sind, liegt ihre Toleranz bei 0,2 bis 0,3 mm. Damit sind selbst diese Kugeln noch genauer in ihrem Maß als eine geschmiedete Kugel.

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Zirkonoxid (ZrO2): ein äußerst widerstandsfähiger Keramik-Werkstoff

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Liebe Technik-Fans,

im Unterschied zu anderen keramischen Werkstoffen ist Zirkonoxid (ZrO2) sehr widerstandsfähig gegenüber der Ausbreitung von Rissen.

Außerdem besitzt Zirkonoxid-Keramik eine sehr hohe Wärmedehnung und wird deshalb gerne bei Verbindungen zwischen Keramik und Stahl gewählt.

Eingesetzt werden Zirkonoxid-Keramiken zum Beispiel als Werkzeuge für die Drahtumformung, als Hilfsmittel in Schweißprozessen, als Material für Kronen, Brücken und Wurzelstifte in der Dentalindustrie, bei Hüftgelenksimplantaten, als Isolierring in thermischen Prozessen, als Sauerstoffmesszelle in der Lambdasonde, als feuerfeste Keramik oder für Klingen von Keramikmessern.

Eine herausragende Eigenschaftskombination ist die sehr geringe Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig hoher Festigkeit. Außerdem besitzen einige Zirkonoxid-Keramiksorten eine Sauerstoffionen-Leitfähigkeit. Die maximale Gebrauchstemperatur von Zirkonoxid liegt bei 750 Grad Celsius.

 

Eigenschaften

  • hohe Wärmedehnung, ähnlich zu einigen Stahlsorten
  • sehr gute thermische Isolation beziehungsweise niedrige Wärmeleitfähigkeit
  • sehr hohe Widerstandsfähigkeit gegen thermische und mechanische Einflüsse, auch hohe Risszähigkeit
  • Fähigkeit zur Sauerstoffionen-Leitung (Einsatz bei der Messung von Sauerstoff-Partialdrücken in Lambdasonden)
  • sehr gute chemische Beständigkeit, auch gegen Säuren und Alkalilaugen

 

Durch Zugabe von anderen Metalloxiden kann sogar noch die eine oder andere Verbesserung erreicht werden. Auf dieses spezielle Thema soll aber an dieser Stelle nicht weiter eingegangen werden.

 

zum Datenblatt Zirkonoxid

 

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Edelstahl mit verbesserten Härteeigenschaften

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Liebe Technik-Fans,

Kugeln können nicht nur aus Wälzlagerstahl (100Cr6) sondern auch aus nichtrostendem beziehungsweise rostarmem Stahl hergestellt werden. Edelstahl-Kugeln finden überall dort Anwendung, wo eine längere Lebensdauer gefordert wird, weil extreme Umgebungsbedingungen herrschen. Es werden vorwiegend martensitische Stähle wie X105CrMo17 verwendet. Durch eine spezielle Wärmebehandlung in Vakuumöfen erreicht man ähnliche Härtewerte wie bei Wälzlagerstählen.

 

Die Härtewerte liegen zwischen 58 bis 62 HRC (Härtegrad Rockwell Skala C) und sind somit härter als Edelstahlkugeln aus den Materialien 1.3541 und 1.4034, also den Standardmaterialien. Auch haben Kugeln aus Material 1.4125 etwas verbesserte chemische Eigenschaften.

 

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Edelstahl mit verbesserten Korrosionseigenschaften

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Liebe Technik-Fans,

Chrom und Nickel verbessern die Korrosionseigenschaften von Edelstahl. Im Klartext: Das Material rostet weniger und langsamer. Aus diesem Grund empfiehlt sich unter Umständen der Einsatz des Materials 1.4306.
Dieses Material ist eine höher legierte Version des Materials 1.4307. Durch den gering erhöhten Chrom- und den höheren Nickelgehalt ist 1.4306 korrosionsbeständiger als 1.4307. Trotz der verbesserten Korrosionsbeständigkeit wird dennoch meist das Material 1.4307 und eben nicht das 1.4306 eingesetzt.

Hier möchten wir informieren: Denn die meisten Anwender verwenden 1.4307 und – wenn eine höhere Korrosionsbeständigkeit gefordert wird – das Material 1.4401. Das Material 1.4306 wird hauptsächlich in der Erdölindustrie und Petrochemischen Industrie, der Automobilindustrie, der Chemische Industrie und der Lebensmittelindustrie eingesetzt. Verwendung findet es beispielsweise bei der Lagerung und Produktion von Salpetersäure. Es kommt aber auch in elektronischer Ausrüstung oder im Maschinenbau zum Einsatz.

 

Besondere Eigenschaften

Kugeln oder Rollen aus 1.4306 sind einerseits für Tieftemperaturen geeignet, andererseits sind sie bis zu Temperaturen von ca. 600 Grad Celsius einsetzbar. Auch sind sie nicht magnetisierbar. Das Material 1.4306 zeigt in natürlichen Umweltmedien (Wässer, ländliche und städtische Atmosphäre) bei Abwesenheit von bedeutenden Chlor- und Salzkonzentrationen eine gute Korrosionsbeständigkeit. Für den Einsatz in Schwimmbäder und Salzwasser oder deren Umgebung ist es dagegen nicht geeignet.

 

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Stahlkugeln und Rollen für besondere Anwendungen

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Liebe Technik-Fans,

unterschiedliche Stahlarten haben unterschiedlichste Eigenschaften, je nach chemischer Zusamensetzung. Und dementsprechend unterschiedlich sind auch die Anwendungsgebiete von Stahlkugeln und Stahlrollen aus den jeweiligen Materialien.

 

Rostfreier Edelstahl: hitzebeständig
Kugeln und Rollen, Material 1.4301 und 1.4401

Kugeln und Rollen aus den Materialien 1.4301 und 1.4401, sind besonders korrosionsbeständig. Material 1.4301 bezeichnet austenitischen rostfreien Stahl mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit und ist heute mit einem Produktionsanteil von ca. 35 Prozent der am häufigsten eingesetzte rostfreie Edelstahl. Er ist wegen seines niedrigen Kohlenstoffgehalts nach dem Schweißen auch ohne nachträgliche Wärmebehandlung interkristallin beständig. Er ist für eine Temperaturbeanspruchung bis ca. 600 Grad einsetzbar. Vergleichbare Eigenschaften haben auch Kugeln und Rollen aus dem Material 1.4401.

 

Titanstabilisierter Stahl: für extreme Temperaturen geeignet
Kugeln und Rollen, Material 1.4541 und 1.4571

Bei Temperaturen die darüber hinaus gehen, sollten man titanstabilisierte Stähle aus Material 1.4541 oder Material 1.4571 verwenden. Der Stahl ist einer der wenigen Werkstoffe, die für Tiefsttemperatur-Anwendungen bis nahe zum absoluten Nullpunkt geeignet sind.
Die Schweißbarkeit ist nach allen elektrischen Verfahren gut. Der Stahl hat eine sehr gute Polierfähigkeit, er ist gut kalt umformbar (biegen, stanzen, tiefziehen), allerdings nicht leicht zerspanbar. Wegen seiner starken Verfestigung bedarf es entsprechender Werkzeuge. Eine starke Verformung kann den Stahl etwas magnetisieren. Die gute Korrosionsbeständigkeit zeigt sich in natürlichen Umweltmedien, also bei Anwendung an der Luft sowohl in städtischer als auch ländlicher Atmosphäre), sowie bei Anwendung im Wasser bei Abwesenheit von bedeutenden Chlor- und Salzkonzentrationen. Damit ist dieses Material nicht für den Einsatz in Salzwasser oder gechlortem Wasser geeignet.

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Edelstahlkugeln: Material 1.4401

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Liebe Technik-Fans,

mit Edelstahlkugel werden legierte oder unlegierte Stähle mit besonderem Reinheitsgrad bezeichnet. Dies sind zum Beispiel Stähle, deren Schwefel- und Phosphorgehalt (sogenannte Eisenbegleiter) den Wert von 0,025 Prozent nicht überschreitet.

Die alleinige Begriffsdefinition, ein Edelstahl sei ein „chemisch besonders reiner“, „rostfreier“ oder „nichtrostender“ Stahl, ist ungenau beziehungsweise falsch. Ein Edelstahl muss nicht zwangsläufig den Anforderungen eines nichtrostenden Stahls entsprechen. Trotzdem werden im Alltag häufig nur rostfreie Stähle als Edelstähle bezeichnet. Ebenso muss ein rostfreier Stahl nicht unbedingt auch ein Edelstahl sein. Der Legierungsbestandteil-Anteil der verschiedenen Sorten Edelstahl (niedrig- oder hochlegiert) ist jedoch genauestens definiert und bestimmt deren Eigenschaften.

 

Material 1.4401

(X5CrNiMo17-12-2) AISI 316, (V4A)

Dieses Material bezeichnet austenitischen rostfreien Stahl mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit. Es wird beispielsweise bei der Trinkwasser-Hausinstallation am häufigsten verwendet und genügt höchsten Anforderungen. Dabei handelt sich um einen Chrom-Nickel-Stahl mit Molybdänzusatz. Dieser Stahl ist gut kalt umformbar (biegen, stanzen, tiefziehen), allerdings nicht leicht zerspanbar. Wegen seiner starken Verfestigung bedarf es entsprechender Werkzeuge. Eine starke Verformung kann den Stahl etwas magnetisieren. Wird der Stahl bei Temperaturen zwischen 500 Grad Celsius und 900 Grad Celsius gehalten, können sich Chromkarbide in den Korngrenzen bilden, was die Beständigkeit gegenüber interkristalliner Korrosion katastrophal verschlechtern kann. Ein Lösungsglühen ist dann nötig, um die Karbide aufzulösen, gefolgt von einem raschen Abschrecken, um jegliche neue Ausscheidung zu verhindern. Ein Abschrecken nach einer thermischen Behandlung wird in jedem Fall empfohlen. Dieser Stahl ist mit allen gängigen Methoden leicht schweißbar, mit Ausnahme der Sauerstoff-Azetylen-Flamme. Nach dem Schweißen sollte ein Weichglühen mit anschließendem Abschrecken erfolgen, um das Risiko einer interkristallinen Korrosion auszuschließen.

Die Korrosionsbeständigkeit des 1.4401 ist durch den Zusatz von 2 bis 2,50 Prozent Molybdän deutlich besser als die der nichtrostenden Stähle 1.4301 und 1.4307, besonders bei Anwesenheit von Chloriden. In natürlichen Umweltmedien (Wässer, ländliche und städtische Atmosphäre), sowie in Industriegebieten mit mäßigen Chlor- und Salzkonzentrationen, im Bereich der Nahrungsmittelindustrie und auf dem landwirtschaftlichen Nahrungsmittelsektor weist der 1.4401 eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf.

 

Weitere Informationen siehe Datenblatt 1.4401...

sowie das Datenblatt zu chemischen Beständigkeiten...

 

Zu den Edelstahlkugeln Material 1.4401 im Shop...

 

 

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Kugeln aus Keramik - eine Einführung

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Liebe Technik-Fans,

wir führen ab sofort verstärkt Hightech-Keramikkugeln, zunächst aus Zirkonoxid (ZrO2) sowie aus Siliziumnitriden (Si3N4), demnächst haben wir dann auch Kugeln aus Aluminiumoxiden im Programm. Diese hochwertigen Produkte sind wichtiger Bestandteil vieler Prozesse und werden in Zukunft immer mehr an Bedeutung gewinnen.

Wir möchten Ihnen zunächst einen kleinen allgemeinen Überblick geben. In den nächsten Beiträgen von Kugel-Winnies Kugel-Wissen folgen dann detaillierte Beiträge über die einzelnen Materialien.

Spricht man über Keramik, denken die meisten Menschen zunächst an Töpfer- und Porzellanwaren. Tatsächlich kann die Geschichte der Keramik zigtausende Jahre zurückverfolgt werden. Heute stellen diese anorganischen, nichtmetallischen Materialien eine technologische Revolution dar. Dies gilt auch für den Bereich der Kugeln.

Immer wieder neue Prozesse, Fortschritte in Formen und Produktionstechniken sowie technische Entwicklungen haben dazu geführt, dass heutzutage durch den Einsatz von Keramik, also auch von Keramikkugeln, Probleme gelöst werden können, die früher als eine nicht überwindbare Herausforderung galten.

Die heutige Keramik und damit auch Keramikkugeln fallen auch unter die Rubrik technische Keramik. Weitere Bezeichnungen sind Industriekeramik, Industrielle Keramik oder Ingenieurkeramik. Diese Hochleistungskeramik hat nur noch wenig Ähnlichkeit mit dem Ursprung der Keramikfertigung.

Die einzigartigen physischen, thermischen vor allem auch elektrischen Eigenschaften dieses Materials öffnen die Türen zu einer neuen Entwicklungswelt. Keramik ist eine rentable und leistungsfähige Alternative zu allen anderen Materialien.

 

Die Vorteile von Keramikkugeln

  • keine Schmierung nötig
  • leichter als Metalle
  • korrosionsbeständig
  • lebensmittelecht
  • hochtemperaturbeständig
  • Verschleißfestigkeit und hohe Härte
  • geringe Dichte
  • elektrische Isolation
  • kriechstromfest
  • mechanische Festigkeit
  • Temperaturwechselbeständigkeit
  • klimabeständig und alterungsbeständig
  • Entsorgung umweltverträglich
  • Chemische Beständigkeit
  • vibrationsbeständig

Die Keramikkugel ist also ein Produkt, das durch seine physikalischen Eigenschaften überall dort eingesetzt werden kann, wo Kugeln aus konventionellen Werkstoffe nicht mehr oder nur noch bedingt einsetzbar sind.

 

Die unterschiedlichen Materialien von Keramikkugeln 

  • Zirkonoxid-/Zirkoniumdioxid-Kugeln – führen wir bereits im Programm
  • Siliziumnitrid-Kugeln – führen wir bereits im Programm
  • Aluminiumoxid-Kugeln – als Qualitätskugeln werden wir diese demnächst in unser Sortiment aufnehmen, als Mahlkugeln sind sie in unserem Shop bereits erhältlich.
  • Saphir-Kugeln
  • Rubin-Kugeln
  • Silizium-Karbid-Kugeln
  • Titan-Karbid-Kugeln
  • Silikonnitrid-Kugeln
  • Quarz-Kugeln

 

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Chemische Beständigkeit von Kugeln

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Liebe Technik-Fans,

wir werden immer wieder gefragt, worin die Unterschiede zwischen den einzelnen Kugelmaterialien liegen. Ein wichtiger Aspekt ist die chemische Beständigkeit. So gibt es Kugeln, die beständig sind gegenüber Säuren, Laugen, Alkohol oder Benzin, andere sind das nicht.

Für einen besseren Überblick haben wir ein Datenblatt über die chemische Beständigkeit von Kugeln zusammengestellt, als einziger Shop übrigens, der diese zusätzlichen Informationen bietet:

Zum Datenblatt (PDF)...

 

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