Kugellager, auch als Wälzlager bekannt, sind kleine Metall- oder Keramikkugeln, die in einer Reihe von Anwendungen zur Reduzierung der Reibung zwischen Wellen und Achsen verwendet werden. Sie werden oft in Reihe verwendet, um das auf ein bewegliches Teil aufgebrachte Gewicht zu absorbieren, oder in einzelnen Käfigen, um die Reibung in Achsbaugruppen zu reduzieren. Die meisten werden nach sehr hohen Rundheitsstandards hergestellt, da jede Verformung dazu führen kann, dass die beweglichen Teile unerwartet versagen.
Das Konzept der Kugellager lässt sich bis ins Römische Reich zurückverfolgen, aber viele Quellen schreiben Leonardo da Vinci die ersten praktischen Konstruktionen zu. Es dauerte jedoch bis 1791, als ein walisischer Kutschenhersteller und Erfinder namens Philip Vaughan die erste Achsbaugruppe patentieren ließ, die sie verwendet. Frühere Wagenachsen verschleißen schließlich durch Reibung, aber Vaughans Verwendung von Kugellagern eliminierte den direkten Kontakt zwischen Antriebswelle und Achse.
Nach ihrem frühen Einsatz in Antriebswellen fanden Fabrikingenieure andere Anwendungen im Fertigungsbereich. Über Rampen, die mit diesen Lagern ausgestattet sind, konnten einzelne Teile problemlos bewegt werden. Motorbetriebene Maschinen wurden effizienter, da sie die Reibung zwischen den Teilen verringerten. Im Gegensatz zu anderen Lagertypen ermöglichen Kugellager sowohl Dreh- als auch Axialbewegungen, was das Maschinendesign vielseitiger macht.
Eines der häufigsten Beispiele für Kugellager im Einsatz ist der Rollschuh. An der Unterseite eines Kofferraums sind vier Räder an zwei Achsen befestigt. Bei näherer Betrachtung dieser Räder entdeckt man eine Ansammlung kleiner Metallkugeln, die die Achse umgeben. Da der Skater sein volles Gewicht auf die Rollen legt, nimmt jeder Ball die Last vorübergehend auf. Wenn der Skater nach vorne schiebt, rollen sie in einer Spur um die Achse. Da die Kugellager perfekt rund und glatt sind, entsteht zwischen ihnen nur sehr wenig Reibung. Sie ermöglichen es dem Skater, sich mit geringem Widerstand in einer geraden Linie zu bewegen.
Die Herstellung von Kugellagern ist dem Formen von Teigkugeln überraschend ähnlich. Ein Metalldrahtvorrat mit etwa dem Durchmesser der Lager wird in eine Maschine mit zwei als Halbkugeln ausgebildeten Platten eingebracht. Wenn die beiden Hälften gewaltsam zusammengeführt werden, entsteht eine raue Metallkugel. Das Problem ist, dass einige zusätzliche Metallsplitter, die als Flashing bezeichnet werden, noch vorhanden sind. Die Kugeln werden dann in eine andere Maschine gelegt, die die Überschläge entfernt, um einen perfekten Rundheitszustand zu erzielen.
Diese zweite Maschine besteht aus zwei genuteten Platten, eine davon mit einer offenen Kerbe zur Aufnahme der Kugellager. Beim Befüllen dieser Maschine mit unfertigen Kugeln beginnt sich die obere Rillenplatte in verschiedene Richtungen über die unbewegliche Bodenplatte zu verdrehen. Diese Aktion ähnelt einem Koch, der mit seinen Händen Teigbällchen formt. Der erste Durchlauf durch diese Maschine entfernt die Grate und hilft den Lagern, eine ziemlich einheitliche Größe zu erhalten.
Ein zweiter Durchlauf durch dieselbe Maschine fügt der Mischung eine Schmierflüssigkeit und Schleifmittel hinzu. Die Kugellager werden durch die Einwirkung der Schleifmittel auf ein genaues Maß geschliffen. Wenn die Kugeln eine akzeptable Größe und Gleichmäßigkeit erreicht haben, erhalten sie in einem dritten Durchgang mit einem Poliermittel einen reibungsmindernden Glanz. Alle Lager werden einer Endkontrolle unterzogen, um auf Unvollkommenheiten zu prüfen, bevor sie für andere Anwendungen freigegeben werden.