Kegelbrecherkopfkugel

Axiale Lastunterstützung: Die beim Zerkleinern entstehenden vertikalen Lasten (bis zu Zehntausenden Kilonewton) werden aufgenommen und auf den oberen Rahmen oder Einstellring übertragen, wodurch sichergestellt wird, dass der bewegliche Kegel seine vertikale Position beibehält.

Rotationsführung: Fungiert als Drehpunkt für die exzentrische Rotation des beweglichen Kegels und ermöglicht so eine gleichmäßige Schwingung (Amplitude 5–20 mm) bei gleichzeitiger Minimierung der seitlichen Verschiebung.

Verschleißreduzierung: Bietet eine gehärtete, reibungsarme Oberfläche, die mit dem oberen Lager oder der Fassung verbunden ist und so den durch kontinuierliche Bewegung verursachten Abrieb reduziert.

Ausrichtungswartung: Stellt sicher, dass der bewegliche Kegel konzentrisch zum konkaven (festen) Kegel bleibt, wodurch die Genauigkeit des Brechspalts erhalten bleibt und ein ungleichmäßiger Verschleiß beider Komponenten verhindert wird.

Kugelkopf: Eine halbkugelförmige oder kugelförmige Spitze mit einem Radius von 50 mm bis 300 mm, abhängig von der Brechergröße. Sie besteht aus kohlenstoffreichem Chromlagerstahl (z. B. GCr15) oder legiertem Stahl (42CrMo) mit gehärteter Oberfläche (HRC 58–62).

Schafthals: Ein zylindrischer oder konischer Abschnitt, der den Kugelkopf mit dem beweglichen Kegelkörper verbindet. Der Durchmesser beträgt das 1,5- bis 2-fache des Kugelkopfradius. Aus strukturellen Gründen wird er oft aus einem Stück mit dem Kugelkopf geschmiedet.

Übergangsrundung: Eine abgerundete Ecke (Radius 10–30 mm) zwischen Kugelkopf und Wellenhals, die die Spannungskonzentration verringern und Ermüdungsrissen unter zyklischen Belastungen vorbeugen soll.

Schmiernut: Eine umlaufende Nut nahe der Basis des Kugelkopfes, die Schmiermittel (Fett oder Öl) zurückhält und so einen durchgehenden Film zwischen der Kugel und dem oberen Lager gewährleistet. Die Nut ist 2–5 mm tief und 5–10 mm breit.

Befestigungsgewinde/Keilnut: Optionale Merkmale am Wellenhals zur Befestigung der Kopfkugel am beweglichen Kegel, mit Gewinden (Klasse 6g) oder Passfedernuten (ISO 4156), die die Drehmomentübertragung erleichtern.

Gehärtete Schicht: Eine 2–5 mm dicke einsatzgehärtete Schicht auf der Kugelkopfoberfläche, die durch Aufkohlen oder Induktionshärtung erreicht wird, um die Verschleißfestigkeit (Oberfläche HRC 58–62) mit der Kernzähigkeit (HRC 25–35) in Einklang zu bringen.

Materialauswahl: Chrom-Lagerstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt (GCr15) wird aufgrund seiner hervorragenden Verschleißfestigkeit und Lebensdauer bevorzugt. Chemische Zusammensetzung: C 0,95–1,05 %, Cr 1,3–1,65 %, Mn ≤ 0,4 %, Si ≤ 0,35 %.

Knüppelvorbereitung: Stahlknüppel werden nach Gewicht (10–50 kg) zugeschnitten und in einem Durchlaufofen auf 1100–1200 °C erhitzt, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu gewährleisten.

Stauchen und Formen: Der erhitzte Block wird gestaucht, um die Höhe zu verringern und den Durchmesser zu vergrößern. Anschließend wird er im Gesenkschmiedeverfahren zu einer Vorform mit einer groben Kugelform geschmiedet. Dieser Prozess verfeinert die Kornstruktur und richtet den Metallfluss an der Spannungsrichtung des Bauteils aus.

Fertigschmieden: Der Vorformling wird erneut auf 1050–1100 °C erhitzt und in die endgültige Form geschmiedet, wobei Kugelkopf und Schafthals in einem einzigen Arbeitsgang geformt werden, um die Maßgenauigkeit (±1 mm) zu gewährleisten.

Materialauswahl: Es wird legierter Stahlguss (ZG42CrMo) mit einer Zugfestigkeit von ≥600 MPa und einer Schlagzähigkeit von ≥30 J/cm² verwendet.

Feinguss: Für komplexe Geometrien werden Wachsmodelle verwendet, um Keramikformen zu erstellen. Geschmolzener Stahl (1520–1560 °C) wird in die Formen gegossen, wodurch nahezu konturnahe Komponenten mit minimalem Bearbeitungsaufwand entstehen.

Der geschmiedete oder gegossene Rohling wird auf einer CNC-Drehmaschine montiert, um den Wellenhals, die Übergangsrundung und die vorläufige Kugelkopfform zu bearbeiten, wobei 1–2 mm Endbearbeitungszugabe verbleiben.

Abschrecken und Anlassen: Bei GCr15 wird der Rohling auf 830–860 °C erhitzt, in Öl abgeschreckt und dann bei 150–200 °C angelassen, um eine Kernhärte von HRC 25–35 zu erreichen.

Oberflächenhärtung: Der Kugelkopf wird induktionsgehärtet (Frequenz 10–50 kHz), um die Oberfläche auf 850–900 °C zu erhitzen, gefolgt von einem Abschrecken in Wasser, wodurch eine gehärtete Schicht (2–5 mm tief) mit HRC 58–62 entsteht.

Kugelkopfschleifen: Eine CNC-Kugelschleifmaschine bearbeitet den Kugelkopf, um eine Oberflächenrauheit von Ra0,1–0,4 μm und eine Kugeltoleranz (≤0,01 mm) zu erreichen und so einen korrekten Sitz mit dem oberen Lager sicherzustellen.

Schafthalsbearbeitung: Der Wellenhals ist auf die Zylindertoleranz IT6 geschliffen, mit einer Oberflächenrauheit von Ra0,8 μm, was eine sichere Montage am beweglichen Kegel ermöglicht.

Nutbearbeitung: Die Schmiernut wird in den Wellenhals gefräst oder gedreht, mit präziser Tiefe und Breite, um die Schmiermittelrückhaltung zu optimieren.

Die Oberfläche des Kugelkopfes ist poliert, um die Reibung zu verringern, und die nicht gehärteten Bereiche sind mit Rostschutzöl oder -farbe beschichtet, um Korrosion zu verhindern.

Materialprüfung:

Durch die Analyse der chemischen Zusammensetzung (Spektrometrie) wird die Einhaltung der GCr15- oder ZG42CrMo-Standards überprüft.

Durch metallografische Untersuchungen werden die Korngröße (≤6 ASTM) und die Karbidverteilung in der gehärteten Schicht überprüft.

Maßgenauigkeitsprüfungen:

Eine Koordinatenmessmaschine (KMG) prüft den Kugelradius, den Schafthalsdurchmesser und die Übergangsrundung des Kugelkopfs und stellt sicher, dass die Toleranzen für kritische Merkmale innerhalb von ±0,01 mm liegen.

Ein Rundheitsprüfer prüft die Zylindrizität des Wellenhalses (≤0,005 mm) und die Sphärizität des Kugelkopfes (≤0,01 mm).

Prüfung mechanischer Eigenschaften:

Durch Härteprüfungen (Rockwell) werden die Oberflächenhärte (HRC 58–62) und die Kernhärte (HRC 25–35) bestätigt.

Druckprüfungen an Proben gewährleisten eine Druckfestigkeit von ≥2000 MPa, ohne dass es unter 150 % der Nennlast zu einer plastischen Verformung kommt.

Zerstörungsfreie Prüfung (NDT):

Durch Ultraschallprüfungen (UT) werden innere Defekte im Schmiedestück erkannt. Risse oder Einschlüsse (>φ1 mm) werden aussortiert.

Bei der Magnetpulverprüfung (MPT) werden die Übergangsrundungen und die Kugelkopfoberfläche auf Mikrorisse untersucht. Lineare Defekte von weniger als 0,2 mm führen zur Ablehnung.

Leistungsvalidierung:

Verschleißprüfung: Ein Stift-auf-Scheibe-Test simuliert den Kontakt mit dem oberen Lager und erfordert einen Gewichtsverlust von ≤0,1 mg nach 10⁴ Zyklen.

Ermüdungsprüfung: Das Bauteil wird einer zyklischen Belastung (10⁶ Zyklen) bei 80 % der Streckgrenze unterzogen, ohne dass Risse oder Verformungen sichtbar sind.