Der Kegelbrecher-Adapterring, eine Schlüsselkomponente zwischen Hauptwelle und beweglichem Kegel, überträgt Drehmoment und Axiallasten, gleicht geringfügige Fehlausrichtungen aus, schützt teure Teile und erleichtert die Montage. Er arbeitet unter hohem Drehmoment und zyklischen Belastungen und erfordert daher Festigkeit und Präzision.
Strukturell verfügt es über einen konischen Körper aus legiertem Stahl (40CrNiMoA oder 45#) mit einer präzisen Innenkonizität (1:10 bis 1:20), Außengewinden/Flanschen, Keilnut, Schmiernuten und einer Positionierungsschulter.
Die Herstellung erfolgt durch Schmieden (Erhitzen auf 1150–1200 °C, Stauchen/Lochbohren) oder Gießen, gefolgt vom Abschrecken/Anlassen (HRC 28–35). Die Bearbeitung umfasst das Präzisionsschleifen der Konizität (Ra0,8 μm) und das Gewindeschneiden.
Die Qualitätskontrolle umfasst Materialprüfungen (Zusammensetzung, Zug-/Schlagfestigkeit), Maßprüfungen (KMG, Kegellehre), zerstörungsfreie Prüfungen (UT, MPT), Drehmoment-/Ermüdungsprüfungen und die Validierung der Baugruppe. Diese gewährleisten eine zuverlässige Leistung bei der Drehmoment-/Lastübertragung für einen effizienten Brecherbetrieb.
Detaillierte Einführung in die Kegelbrecher-Adapterringkomponente
1. Funktion und Rolle des Adapterrings
Der Kegelbrecher-Adapterring (auch Übergangsring oder Kupplungsring genannt) ist ein wichtiges Verbindungselement zwischen der Hauptwelle und dem beweglichen Kegel und dient als mechanische Schnittstelle zur Übertragung von Drehmoment und Axiallasten. Zu seinen Hauptfunktionen gehören:
Kraftübertragung: Überträgt die Rotationskraft von der Exzenterbuchse auf den beweglichen Kegel und sorgt so für eine synchronisierte Bewegung beim Zerkleinern. Außerdem verteilt es die Axiallasten vom beweglichen Kegel auf die Hauptwelle und verhindert so Spannungskonzentrationen an der Verbindungsstelle.
Ausrichtungskompensation: Ermöglicht geringfügige Fehlausrichtungen zwischen der Hauptwelle und dem beweglichen Kegel (bis zu 0,1 mm) aufgrund von Fertigungstoleranzen oder betriebsbedingtem Verschleiß, wodurch Vibrationen reduziert und die Lebensdauer der Komponenten verlängert werden.
Verschleißschutz: Fungiert als austauschbares Zwischenstück, um die Hauptwelle und den beweglichen Kegel vor direktem Kontakt zu schützen und so den Verschleiß dieser teuren Komponenten zu minimieren.
Montagemoderation: Vereinfachung der Installation und des Austauschs des beweglichen Kegels durch Bereitstellung einer standardisierten Verbindungsschnittstelle, wodurch die Wartungszeit reduziert wird.
Da der Adapterring einem hohen Drehmoment (bis zu mehreren Tausend Nm) und zyklischen Belastungen ausgesetzt ist, muss er eine hohe Zugfestigkeit, Dauerfestigkeit und Maßgenauigkeit aufweisen, um eine zuverlässige Leistung zu gewährleisten.
2. Zusammensetzung und Aufbau des Adapterrings
Der Adapterring ist typischerweise ein ringförmiges, konisches Bauteil mit einem hohlen Zentrum und weist die folgenden Hauptteile und Strukturdetails auf:
Ringkörper: Ein einteiliges Schmiede- oder Gussteil aus hochfestem legiertem Stahl (z. B. 40CrNiMoA) oder mittelhartem Stahl (45#) mit einem Außendurchmesser von 300 mm bis 1200 mm. Die Wandstärke beträgt 20–50 mm, mit einer konischen Innenfläche passend zur Hauptwelle.
Konische Innenfläche: Eine präzisionsgefertigte konische Oberfläche (Kegelverhältnis 1:10 bis 1:20), die mit dem konischen Ende der Hauptwelle zusammenpasst und einen festen Presssitz (0,02–0,05 mm) gewährleistet, um das Drehmoment ohne Schlupf zu übertragen. Die Oberflächenrauheit beträgt Ra0,8–1,6 μm.
Außengewinde/Flansch: Ein Außengewindeabschnitt oder radialer Flansch am oberen Ende, der mit dem beweglichen Kegel verbunden ist, mit Gewindeklasse 6g oder Flanschebenheit (≤0,05 mm/m) für eine sichere Befestigung.
Passfedernut/Passfedersitz: Ein Längsschlitz oder eine Aussparung auf der Innenfläche, die eine Passfeder aufnimmt und so die Drehmomentübertragung zwischen Adapterring und Hauptwelle verbessert. Die Passfedernutabmessungen entsprechen der Norm ISO 4156 (z. B. Breitentoleranz H9).
Schmiernuten: Umlaufende Rillen auf der konischen Innenfläche verteilen das Schmiermittel bei der Montage/Demontage und verringern so die Reibung beim Ein- und Ausbau des Rings.
Schulter: Eine radiale Stufe am unteren Ende begrenzt die axiale Bewegung und gewährleistet so die korrekte Positionierung des Adapterrings auf der Hauptwelle. Die Schulter weist eine Rechtwinkligkeitstoleranz (≤0,03 mm/100 mm) im Verhältnis zum Innenkegel auf.
Markierungsrillen: Kleine Vertiefungen oder lasergravierte Markierungen zeigen die Ausrichtung oder das Gewicht für eine ausgewogene Montage an, die für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb entscheidend ist.
3. Herstellungsprozess des Adapterrings
Aufgrund der hohen Belastungsanforderungen wird der Adapterring hauptsächlich durch Schmieden hergestellt. Für kleinere Anwendungen mit geringerer Belastung wird Guss verwendet:
Materialauswahl:
Legierter Stahl (40CrNiMoA): Bevorzugt für große Brecher, bietet Zugfestigkeit ≥980 MPa, Streckgrenze ≥835 MPa und Schlagzähigkeit ≥60 J/cm². Chemische Zusammensetzung: C 0,37–0,44 %, Cr 0,6–0,9 %, Ni 1,2–1,6 %, Mo 0,15–0,25 %.
Mittelharter Stahl (45#): Wird für kleinere Ringe mit einer Zugfestigkeit ≥600 MPa und einer Streckgrenze ≥355 MPa verwendet.
Schmieden:
Der Stahlblock wird auf 1150–1200 °C erhitzt und durch Freiformschmieden zu einer zylindrischen oder konischen Vorform geschmiedet, wodurch die Kornstruktur verfeinert und die mechanischen Eigenschaften verbessert werden.
Durch Stauch- und Lochprozesse entsteht der hohle Kern, wobei der Außendurchmesser und die Verjüngung grob geformt werden.
Wärmebehandlung:
Abschrecken und Anlassen: Geschmiedete Rohlinge werden auf 820–860 °C erhitzt, in Öl abgeschreckt und dann 4–6 Stunden lang bei 500–600 °C angelassen, um eine Härte von HRC 28–35 zu erreichen und so ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Bearbeitbarkeit herzustellen.
Stressabbau: Nach der Grobbearbeitung werden durch ein Niedrigtemperaturglühen (300–350 °C für 2 Stunden) die Restspannungen aus dem Schmieden und der Bearbeitung abgebaut.
Gießen (für kleine Ringe):
Für die Produktion kleiner Stückzahlen wird Sandguss mit harzgebundenen Formen verwendet. Geschmolzener Stahl wird bei 1500–1550 °C gegossen, anschließend erfolgt eine Normalisierung zur Verfeinerung der Mikrostruktur.
4. Bearbeitungs- und Herstellungsprozess
Schruppbearbeitung:
Der geschmiedete oder gegossene Rohling wird auf einer CNC-Drehmaschine montiert, um den Außendurchmesser, die Innenkonizität (mit 1–2 mm Toleranz) und die Schulter mit Maßtoleranz (±0,5 mm) zu bearbeiten.
Präzisionsbearbeitung:
Konische Innenfläche: Mit einer CNC-Kegelschleifmaschine geschliffen, um das angegebene Kegelverhältnis (Toleranz ±0,01 mm/m) und eine Oberflächenrauheit von Ra0,8 μm zu erreichen. Die Rundheit wird auf ≤0,01 mm kontrolliert.
Außengewinde/Flansch: Gewinde werden mit einer CNC-Gewindedrehmaschine geschnitten (Toleranz 6g), während Flansche auf Ebenheit (≤0,05 mm/m) und Rechtwinkligkeit (≤0,03 mm/100 mm) geschliffen werden.
Passfedernut: Gefräst mit einer CNC-Fräsmaschine mit Breitentoleranz H9 und Tiefentoleranz (±0,1 mm), um einen korrekten Schlüsselsitz zu gewährleisten.
Bearbeitung von Schmiernuten:
In den Innenkegel werden Nuten mit präziser Tiefe (0,5–1 mm) und Abstand (50–100 mm) gedreht oder gefräst, was die Schmiermittelverteilung erleichtert.
Oberflächenbehandlung:
Die Außenfläche wird kugelgestrahlt, um Zunder zu entfernen, und anschließend mit Rostschutzöl oder Farbe beschichtet. Die konische Innenfläche kann phosphatiert werden, um die Gleitfähigkeit bei der Montage zu verbessern.
5. Qualitätskontrollprozesse
Materialprüfung:
Durch Analyse der chemischen Zusammensetzung (Spektrometrie) wird die Konformität der Legierung überprüft (z. B. 40CrNiMoA).
Zug- und Schlagprüfungen an geschmiedeten Proben bestätigen die mechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit ≥980 MPa, Schlagenergie ≥60 J).
Maßgenauigkeitsprüfungen:
Eine Koordinatenmessmaschine (KMG) prüft das Kegelverhältnis, die Innen-/Außendurchmesser und die Keilnutmaße und stellt die Einhaltung der Toleranzen sicher.
Eine Kegellehre und eine Messuhr überprüfen die Konformität des Innenkegels mit den Konstruktionsspezifikationen.
Zerstörungsfreie Prüfung (NDT):
Durch Ultraschallprüfungen (UT) werden innere Defekte im Ringkörper erkannt, wobei alle Risse oder Einschlüsse (>φ2 mm) aussortiert werden.
Bei der Magnetpulverprüfung (MPT) wird nach Oberflächenrissen in Gewinden, Keilnuten und Schultern gesucht. Lineare Defekte von 0,5 mm führen zur Ablehnung.
Mechanische Leistungsprüfung:
Drehmomentprüfung: Der Ring wird mit einer Prüfwelle zusammengebaut und 120 % des Nenndrehmoments ausgesetzt, wobei weder Schlupf noch Verformung zulässig sind.
Ermüdungsprüfung: Die Proben werden einer zyklischen Belastung (10⁶ Zyklen) bei 70 % der Streckgrenze unterzogen, um die Beständigkeit gegen Ermüdungsbruch sicherzustellen.
Baugruppenvalidierung:
Eine Probemontage mit einer Hauptwelle und einem beweglichen Kegel bestätigt den korrekten Sitz: Der Ring sitzt vollständig, ohne zu klemmen, und die Drehmomentübertragung erfolgt unter Testbelastung reibungslos.
Durch diese Fertigungs- und Qualitätskontrollprozesse gewährleistet der Adapterring eine zuverlässige Drehmoment- und Lastübertragung zwischen Hauptwelle und beweglichem Kegel und trägt so zum effizienten und stabilen Betrieb des Kegelbrechers bei.
