Nachdem ich das Hexagon-XL Projekt auf spielfreie Linearführungen umkonzipert habe, wurde es Zeit an dem Problem des nicht ausreichenden Freiheitsgrades der IGUS Kugelköpfe an den Kragen zu gehen.

Hier nochmals ein Bild des Problems.

Hier hatte ich eindeutig einen Planungsfehler gemacht, weil ich nicht beachtet hatte, dass man scheinbar nicht den Printer-Radius, ohne Konsequenzen, vergrößern kann.
Abhilfe hätten nur längere Rods gebracht. Dies hätte aber eine wesentlich Verkleinerung der verfügbaren Druckhöhe sowie eine Minimierung der erzielbaren Druckqualität mit sich gebracht.

Wen die Zusammenhänge all dieser Faktoren interessiert, dem kann ich folgende Links empfehlen:
Delta Printer Kinematics Part 1 – Calibration and Leveling
Delta Printer Kinematics Part 2 – Towards an Optimal DesignDelta Printer Kinematics Part 3 – Calibration Curses
Die weiterführenden Links sind ebenfalls sehr interessant.

Auf der Suche nach dem idealem Gelenk bin ich immer wieder auf die verschiedensten Formen, der beliebten Kugel-/Magnetgelenke gestoßen.
Irgendwie hat mich aber keine „fertige Lösung“ vollends überzeugt. Also hieß es mal wieder die eigenen grauen Zellen in Schwung zu bringen.

Nach reiflichen Überlegungen kam ich zum Schluß, dass eine Kombination der „magnet in tube“ Variante aus hochwertigen Komponenten mit der vorgespannten Lösungen des Cherrie Pi III von Andy Cart die für mich ideale Lösung darstellt.

Es gibts viele fertige Kugelköpfe zu kaufen. Fast alle haben den Nachteile, dass es sich um gedrehte Kugelgeometrien handelt. Also nur eine Ansatzweise ideale Kugelform erreicht wird.
Wegen der nicht-magnetiesierbarkeit scheiden die leicht zu beschaffen Edelstahlkugeln mit M3 Innengewinde ebenfalls aus.
(Nachtrag: Die sind doch magnetisierbar)
Nach vielen Stunden der Recherche und vielen Abwägungen blieben nur Kugellager-Kugeln übrig.
Diese vereinen die meisten postiven Eigenschaften: ideale Kugelform, sehr gute Oberflächenqualität, harte und verschleißfeste Oberfläche sowie Magnetsierbarkeit.
Als Nachteil blieb übrig, dass sich 100Cr6 Material quasi nicht zerspanen lässt. Das einbringen eine Innengewindes, für die Befestigung, ist mit normal verfügbaren Methoden nicht möglichen.
Dieses Problem lässt sich aber mit 2K-Epoxy-Kleber lösen.

Somit stand die erste Hälfte des Kugelgelenks fest. Jetzt musste nur der ideale Laufpartner gefunden werden. Schnell entschied ich mich für Linearlager aus selbstschmierender Sinterbronze. Diese sind kostengünstig, leicht und in jeder erdenklichen Größe verfügbar. Die zu erwartende Standzeit auf den Lager-Kugeln ist sehr hoch.

Neodym-Magnete die in Bronzelager passen, waren schnell gefunden. Somit stand quasi alle Bauteile meines Gelenks fest.

Die Filzpads sollen als Schmierstoffspender dienen. Des weiteren fungieren sie als Abstandshalter bei der Verklebung, so haben alle Magnete immer den gleichen Abstand zur Kugel. Des weiteren ist sichergestellt das nur die kreisförmige Fläche der Bronzelager die Kugel berührt und die Reibung somit minmal gehalten wird.

Hier mal der Aufbau der Gelenke im Detail.

Als ideal hat sich die Verwendung von nur einem 1mm starken Filzpad herausgestellt. Die verfügbare magnetische  Kraft ist deutlich höher als mit 2 Pads.

Die Herstellung der Filzpads ist mit einem Locheisen recht einfach.

Die Sinterbronzlager haben, herstellungsbedingt, 2 verschiedene Seiten. Die Lager müssen also der Richtung nach sortiert und markiert (Edding-Punkt) werden.

Die Magnete sind übrigens auch alle nach Polarität sortiert und markiert. Es wird immer nur der plus oder der minus Pol in Richtung Stahlkugel verklebt.
Näher kann man die Magnet nicht aneinander stellen, da sie sich sonst anziehen.

Hier habe ich mal 2 Protypen fertiggestellt.

Nach den  erfolgreichen Fertigstellung bin ich dann in Serienproduktion gegangen. Als Klebstoff diente der bewährte UHU-Endfest 300 2K-Epoxy.