Kegelbrecher-Stufenplatte

Axiale Lastübertragung: Sie ist für die Übertragung der beim Brechvorgang entstehenden Axialkräfte verantwortlich. Beim Zerkleinern von Materialien durch den beweglichen Kegel des Kegelbrechers entstehen erhebliche Axialkräfte. Die Trittplatte überträgt diese Kräfte effektiv auf die Hauptwelle und die zugehörigen Stützstrukturen und gewährleistet so den stabilen Betrieb des Brechers. Beispielsweise kann bei einem mittelgroßen Kegelbrecher die Axiallast im Normalbetrieb mehrere Tonnen erreichen, und die Trittplatte spielt bei der Aufnahme und Übertragung dieser Last eine entscheidende Rolle.

Positionierung und Führung: Es ermöglicht eine präzise Positionierung der Hauptwelle und der beweglichen Kegelbaugruppe. Durch die präzise Abstimmung mit anderen Komponenten wird sichergestellt, dass sich der bewegliche Kegel während des Betriebs auf einer bestimmten Bahn bewegt. Dies ist wichtig für die gleichbleibende Größe der Brechkammer und die Qualität der zerkleinerten Produkte. Abweichungen in der Position der Stufenplatte können zu ungleichmäßigem Verschleiß des beweglichen Kegels und der festen Kegelauskleidungen führen und die Partikelgrößenverteilung des zerkleinerten Materials beeinträchtigen.

Mechanische Unterstützung: Die Trittplatte bietet der Hauptwelle mechanische Unterstützung und trägt dazu bei, Vibrationen und Stöße während des Brecherbetriebs zu reduzieren. In einer vibrierenden Umgebung stabilisiert sie die Hauptwelle, was sich positiv auf die Lebensdauer der Hauptwelle und anderer zugehöriger Komponenten wie Lager auswirkt.

Plattenkörper: In der Regel aus hochfestem legiertem Stahl, wie z. B. 40CrNiMoA oder 35CrMo. Die Materialauswahl basiert auf der hohen Zugfestigkeit (bei 40CrNiMoA: Zugfestigkeit ≥ 980 MPa), der guten Schlagzähigkeit und der Dauerfestigkeit. Die Plattendicke variiert je nach Größe und Belastungsanforderungen des Kegelbrechers zwischen 30 und 80 mm. Für Großbrecher im Bergbau ist eine dickere Stufenplatte erforderlich, um höheren Belastungen standzuhalten.

Zentrales Loch: In der Trittplatte befindet sich ein präzise gefertigtes zentrales Loch, das zum Überpassen der Hauptwelle dient. Die Durchmessertoleranz dieses Lochs wird streng kontrolliert und liegt in der Regel innerhalb von ±0,05 mm, um einen festen und präzisen Sitz auf der Hauptwelle zu gewährleisten. Dieser Sitz ist entscheidend für die effektive Übertragung von Drehmoment und Axiallasten.

Schrittfunktion: Wie der Name schon sagt, weist die Stufenplatte eine oder mehrere stufenartige Strukturen auf ihrer Oberfläche auf. Diese Stufen dienen der Interaktion mit anderen Komponenten wie Axiallagern oder Abstandshaltern. Höhe und Breite der Stufen werden sorgfältig auf die mechanischen Anforderungen des Brechers abgestimmt. Beispielsweise kann die Stufenhöhe zwischen 10 mm und 30 mm und die Stufenbreite zwischen 20 mm und 50 mm liegen.

Befestigungslöcher: Über den Umfang der Trittplatte sind mehrere Befestigungslöcher gleichmäßig verteilt. Diese dienen der Befestigung der Trittplatte an anderen Bauteilen, wie z. B. dem Laufkegel oder dem Tragrahmen, mit hochfesten Schrauben (üblicherweise Festigkeitsklasse 8.8 oder höher). Die Anzahl der Befestigungslöcher kann je nach Größe und Ausführung der Trittplatte zwischen 8 und 24 variieren.

Der ausgewählte legierte Stahl, beispielsweise 40CrNiMoA, wird zunächst in einem Induktionsofen geschmolzen. Die Schmelztemperatur wird sorgfältig im Bereich von 1500 bis 1550 °C kontrolliert, um ein vollständiges Schmelzen und eine gleichmäßige Zusammensetzung zu gewährleisten. Während des Schmelzprozesses werden Legierungselemente entsprechend der vorgegebenen chemischen Zusammensetzung hinzugefügt, um die Eigenschaften des Stahls anzupassen.

Für die Trittplatte wird üblicherweise eine Sandform verwendet. Die Sandform wird durch Mischen von Quarzsand, Bindemittel (z. B. Harz) und anderen Zusätzen hergestellt. Zur Herstellung der Sandform wird ein Modell verwendet, das eine exakte Nachbildung der Trittplatte darstellt und die Schrumpfung beim Abkühlen berücksichtigt. Das Modell besteht üblicherweise aus Holz oder Metall. Nachdem der Sand um das Modell gepackt wurde, wird es verdichtet, um die Integrität des Formhohlraums zu gewährleisten.

Sobald die Form fertig ist und der Stahl auf die entsprechende Temperatur geschmolzen ist, wird die Stahlschmelze in den Formhohlraum gegossen. Die Gießgeschwindigkeit wird sorgfältig kontrolliert, um Turbulenzen zu vermeiden, die zu Defekten wie Porosität oder Einschlüssen führen können. Das Gießen erfolgt in der Regel unter einem bestimmten Druck (bei Verwendung eines Druckgießsystems), um sicherzustellen, dass die Stahlschmelze den gesamten Formhohlraum ausfüllt, insbesondere in Bereichen mit komplexer Geometrie wie den Stufen.

Nach dem Gießen lässt man die Form in einer kontrollierten Umgebung langsam abkühlen. Die Abkühlgeschwindigkeit ist entscheidend, da sie die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften der gegossenen Stufenplatte beeinflusst. In der Regel wird die Abkühlgeschwindigkeit relativ langsam gesteuert, um die Bildung einer feinkörnigen Mikrostruktur zu fördern. Dies kann das Abdecken der Form mit Isoliermaterial oder das Einlegen in eine Kühlkammer mit geregelter Temperatur beinhalten. Die Stufenplatte verbleibt in der Form, bis sie vollständig erstarrt ist, was je nach Größe mehrere Stunden dauern kann.

Normalisierung: Nach dem Entformen wird die Stufenplatte zunächst normalisiert. Sie wird auf eine Temperatur von ca. 850–900 °C erhitzt und anschließend luftgekühlt. Durch die Normalisierung wird die Kornstruktur verfeinert, die mechanischen Eigenschaften verbessert und innere Spannungen abgebaut.

Abschrecken und AnlassenAnschließend wird die Stufenplatte vergütet. Sie wird auf eine Abschrecktemperatur (bei 40CrNiMoA ca. 820–860 °C) erhitzt und anschließend in Öl schnell abgekühlt. Nach dem Abschrecken wird sie für einen bestimmten Zeitraum (normalerweise 2–4 Stunden) bei 500–600 °C angelassen. Dieser Wärmebehandlungsprozess verbessert die Festigkeit, Zähigkeit und Härte der Stufenplatte deutlich und macht sie für die rauen Arbeitsbedingungen eines Kegelbrechers geeignet.

Drehen: Die gegossene Stufenplatte wird zunächst auf einer Drehbank montiert. Der Außendurchmesser und die zentrale Bohrung werden vorgedreht, um überschüssiges Material zu entfernen. Durch den Drehvorgang wird der Durchmesser des Außenkreises und der inneren Bohrung auf eine Größe nahe den Endabmessungen reduziert, wobei eine Bearbeitungszugabe von ca. 2 - 3 mm für die anschließende Feinbearbeitung verbleibt.

Verkleidung: Die beiden ebenen Flächen der Stufenplatte werden plangeschliffen, um ihre Ebenheit sicherzustellen. Das Planschleifen erfolgt mit einem Schneidwerkzeug auf der Drehbank, und die Ebenheitstoleranz wird in diesem Schritt auf ±0,1 mm kontrolliert.

Schleifen: Außendurchmesser, Mittelloch und Stufenflächen werden geschliffen. Durch den Schleifprozess wird eine hochpräzise Oberflächengüte erreicht. Beispielsweise kann die Oberflächenrauheit der geschliffenen Flächen Ra0,8 – 1,6 μm erreichen. Die Maßtoleranz von Außendurchmesser und Mittelloch wird weiter auf ±0,02 mm reduziert, und Stufenhöhe und -breite werden mit einer Toleranz von ±0,05 mm auf die exakten Konstruktionsmaße bearbeitet.

Bohren und Gewindeschneiden: Die Befestigungslöcher werden gebohrt und mit Gewinden versehen. Hochpräzise Bohrmaschinen sorgen für die exakte Positionierung der Löcher. Die Positionstoleranz der Befestigungslöcher liegt bei ±0,1 mm. Nach dem Bohren wird durch Gewindeschneiden ein Innengewinde für die Schraubenmontage erzeugt. Die Gewindetoleranz entspricht den relevanten nationalen Normen, z. B. 6H für Innengewinde.

Die Trittplatte kann einer Oberflächenbehandlung wie Kugelstrahlen unterzogen werden, um Oberflächenverunreinigungen zu entfernen und die Oberflächenbeschaffenheit zu verbessern. Nach dem Kugelstrahlen kann sie mit einem Rostschutzlack oder einer korrosionsbeständigen Beschichtung versehen werden. Der Rostschutzlack wird üblicherweise in mehreren Schichten mit einer Gesamtdicke von ca. 80–120 μm aufgetragen, um die Trittplatte in rauen Arbeitsumgebungen, insbesondere in Bergwerken mit Feuchtigkeit und korrosiven Substanzen, vor Korrosion zu schützen.

Analyse der chemischen Zusammensetzung: Mit einem Spektrometer wird die chemische Zusammensetzung des Stufenplattenmaterials analysiert. Die Analyse stellt sicher, dass die Legierungselemente im Stahl, wie Kohlenstoff, Chrom, Nickel und Molybdän, innerhalb der angegebenen Bereiche liegen. Für 40CrNiMoA sollte der Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,37–0,44 %, Chrom 0,6–0,9 %, Nickel 1,2–1,6 % und Molybdän 0,15–0,25 % liegen. Jede Abweichung von diesen Bereichen kann die mechanischen Eigenschaften der Stufenplatte beeinträchtigen.

Prüfung mechanischer Eigenschaften: Zugversuche werden an Proben der Stufenplatte durchgeführt. Gemessen werden Zugfestigkeit, Streckgrenze und Dehnung. Für 40CrNiMoA-Stufenplatten sollte die Zugfestigkeit ≥ 980 MPa, die Streckgrenze ≥ 835 MPa und die Dehnung ≥ 12 % betragen. Zusätzlich werden Schlagversuche durchgeführt, um die Schlagzähigkeit des Materials zu bewerten. Die erforderliche Schlagenergie beträgt ≥ 60 J/cm².

Koordinatenmessgerät (KMG): Mit einem Koordinatenmessgerät werden die Abmessungen der Stufenplatte gemessen, einschließlich Außendurchmesser, Durchmesser des zentralen Lochs, Stufenhöhe, Breite und Position der Befestigungslöcher. Das Koordinatenmessgerät liefert hochpräzise Messungen. Jede Maßabweichung über die angegebenen Toleranzen hinaus (z. B. Außendurchmessertoleranz von ±0,02 mm, Stufenhöhentoleranz von ±0,05 mm) führt zur Ablehnung der Stufenplatte.

Messgeräteprüfung: Spezielle Lehren werden verwendet, um die Passung des zentralen Lochs und der Stufenmerkmale zu überprüfen. Beispielsweise wird ein Ringmessgerät verwendet, um den Durchmesser des zentralen Lochs zu prüfen, und ein Stufenmessgerät wird verwendet, um die Stufenhöhe und -breite zu überprüfen. Die Messgeräte werden regelmäßig kalibriert, um genaue Prüfergebnisse zu gewährleisten.

Ultraschallprüfung (UT): Ultraschall dient zur Erkennung innerer Defekte in der Stufenplatte, wie Risse, Porosität oder Einschlüsse. Ultraschallwellen werden durch die Stufenplatte übertragen, und Defekte verursachen Reflexionen, die vom Ultraschallgerät erkannt werden können. Defekte, die eine bestimmte Größe überschreiten (üblicherweise definiert als eine Risslänge von ≥ 2 mm oder ein Porositätsdurchmesser von ≥ 1 mm), sind nicht zulässig.

Magnetpulverprüfung (MPT): MPT wird hauptsächlich zur Erkennung von Oberflächen- und oberflächennahen Defekten in ferromagnetischen Materialien wie dem legierten Stahl der Trittplatte verwendet. Ein Magnetfeld wird an die Trittplatte angelegt, wodurch magnetische Partikel auf der Oberfläche verteilt werden. Defekte führen zur Ansammlung magnetischer Partikel und zeigen so das Vorhandensein und die Position des Defekts an. Oberflächenrisse, die länger als 0,5 mm sind, gelten als inakzeptabel.

Montageprüfung: Die Trittplatte wird in einem Testaufbau mit anderen Komponenten des Kegelbrechers, wie der Hauptwelle und dem beweglichen Kegel, zusammengebaut. Die Baugruppe wird auf korrekte Passung und Ausrichtung geprüft. Beispielsweise sollte die Trittplatte reibungslos und ohne Klemmen auf die Hauptwelle passen und die Befestigungsschrauben sollten sich problemlos mit dem angegebenen Drehmoment anziehen lassen.

Leistungssimulation: Die zusammengebauten Kegelbrecherkomponenten mit der Trittplatte werden Leistungssimulationstests unterzogen. Diese Tests können den Brecher eine Zeit lang bei geringer Last laufen lassen, um auf abnormale Vibrationen, Geräusche oder übermäßigen Verschleiß zu prüfen. Sollten während der Simulationstests Leistungsprobleme festgestellt werden, muss die Trittplatte möglicherweise neu bewertet oder ersetzt werden.