Detaillierte Einführung in den Old Spring Cone Crusher
1. Übersicht und Funktion des Old Spring Cone Crusher
Der Old Spring-Kegelbrecher ist ein klassischer Kegelbrechertyp, der im Bergbau, in der Metallurgie, im Baugewerbe und im Straßenbau häufig zum sekundären und tertiären Zerkleinern verschiedener Erze und Gesteine eingesetzt wird. Er ist seit langem für seine zuverlässige Leistung bei der Zerkleinerung harter und mittelharter Materialien wie Granit, Basalt, Kalkstein und Eisenerz bekannt.
Das Funktionsprinzip basiert auf der Kompression und dem Aufprall von Materialien zwischen einem beweglichen Kegel (Mantel) und einem stationären Kegel (Dreschkorb). Der Motor treibt die Exzenterwellenhülse an, die wiederum den Mantel exzentrisch rotieren lässt. Während sich der Mantel bewegt, verändert sich der Abstand zwischen Mantel und Dreschkorb kontinuierlich. Dadurch werden die in die Brechkammer eingebrachten Materialien zusammengedrückt und zerkleinert, bis sie die gewünschte Partikelgröße erreicht haben und unten aus dem Brecher ausgetragen werden.
2. Zusammensetzung und Struktur des alten Federkegelbrechers
Der alte Federkegelbrecher besteht aus mehreren Schlüsselkomponenten, die jeweils eine entscheidende Rolle im Zerkleinerungsprozess spielen:
2.1 Rahmen
Der Rahmen ist das wichtigste Strukturelement und besteht typischerweise aus hochfestem Gussstahl (z. B. ZG270–500). Er bietet eine stabile Basis und Halt für alle anderen Komponenten. Der obere Teil des Rahmens beherbergt den Dreschkorb, während der untere Teil die Exzenterwellenhülse, die Hauptwelle und andere bewegliche Teile trägt. Der Rahmen wird häufig mit Verstärkungsrippen versehen, um seine Steifigkeit zu erhöhen und den hohen Aufprallkräften beim Zerkleinern standzuhalten. Der Rahmen ist robust konstruiert und weist in kritischen Bereichen eine Dicke von 30–50 mm auf.
2.2 Beweglicher Kegel (Mantel)
Der Mantel ist ein konisches Bauteil aus Manganstahl (z. B. ZGMn13) oder Chromguss. Er ist auf der Hauptwelle montiert und dreht sich exzentrisch im Konkavraum. Die Manteloberfläche ist mit einem speziellen Profil versehen, um das Material effektiv zu zerkleinern. Die Manteldicke variiert je nach Modell und Anwendung zwischen 30 und 80 mm. Der Mantelboden ist über ein Kugellager mit der Hauptwelle verbunden, was eine gleichmäßige und stabile Kreisbewegung ermöglicht.
2.3 Stationärer Kegel (konkav)
Der Dreschkorb ist der stationäre Außenteil der Brechkammer. Er besteht ebenfalls aus verschleißfesten Materialien wie Manganstahl oder Chromguss. Der Dreschkorb ist am oberen Teil des Rahmens befestigt und hat eine konische Form, die zum Mantel passt. Die Innenfläche des Dreschkorbs ist mit austauschbaren Verschleißauskleidungen ausgekleidet. Die Struktur des Dreschkorbs ist so ausgelegt, dass sie dem Aufprall und Abrieb des zerkleinerten Materials standhält und eine Dicke von 25 bis 60 mm aufweist.
2.4 Exzenterwellenhülse
Die Exzenterwellenhülse ist ein Schlüsselelement für die Bewegungsübertragung. Sie besteht aus legiertem Stahlguss (z. B. ZG35CrMo). Die Exzenterwellenhülse rotiert um die Hauptwelle und erzeugt dadurch eine exzentrische Rotation des Mantels. Sie ist mit einem Kegelrad mit großem Durchmesser ausgestattet, das mit einem kleinen Kegelrad auf der Getriebewelle kämmt. Die Exzentrizität der Wellenhülse ist sorgfältig ausgelegt, um die Amplitude der Rotationsbewegung des Mantels zu steuern. Sie beträgt üblicherweise 10–30 mm.
2.5 Übertragungssystem
Das Getriebe besteht aus einem Motor, Keilriemen, einer Riemenscheibe, einer Getriebewelle und Kegelrädern. Der Motor (üblicherweise mit einer Leistung von 55 bis 315 kW) liefert die Antriebskraft. Die Keilriemen übertragen die Kraft vom Motor auf die Riemenscheibe auf der Getriebewelle. Die Getriebewelle dreht dann das kleine Kegelrad, das mit dem großen Kegelrad auf der Exzenterwellenhülse kämmt und so die Rotation der Exzenterwellenhülse antreibt. Das Übersetzungsverhältnis der Kegelräder liegt typischerweise im Bereich von 1:4 bis 1:6.
2.6 Federmontage
Federn sind ein wichtiges Sicherheits- und Einstellmerkmal im alten Federkegelbrecher. Ein Satz hochfester Federn (normalerweise aus legiertem Federstahl, z. B. 60Si2Mn) ist um den unteren Teil des Rahmens herum angebracht. Bei Vorhandensein von nicht zerkleinerbarem Material (z. B. Fremdeisen) in der Brechkammer spannen sich die Federn zusammen, wodurch sich der Mantel nach unten bewegt und der Auswurfspalt vergrößert, wodurch Schäden am Brecher vermieden werden. Die Federkraft kann eingestellt werden, um die Brechkraft und die Auswurfgröße zu steuern. Der Federkompressionsbereich beträgt üblicherweise 20–50 mm.
2.7 Zuführ- und Abführsystem
Das Zuführsystem umfasst typischerweise einen Einfülltrichter oben am Brecher. Der Einfülltrichter dient der gleichmäßigen Verteilung des Materials in der Brechkammer. Die Größe des Einfülltrichters variiert je nach Kapazität des Brechers und hat ein Volumen von 0,5 bis 3 Kubikmetern. Das Austragssystem befindet sich unten am Brecher. Das ausgetragene Material fällt durch den einstellbaren Austragsspalt, der durch Verändern der Position des Dreschkorbs oder mithilfe des Federverstellmechanismus eingestellt werden kann. Der Austragsspalt kann im Bereich von 3 bis 50 mm eingestellt werden, um die Partikelgröße des Endprodukts zu steuern.
3. Herstellungsverfahren des Old Spring Cone Crusher
3.1 Rahmenherstellung
Musterherstellung: Es wird ein maßstabsgetreues Muster hergestellt, normalerweise aus Holz oder 3D-gedrucktem Harz, wobei Schrumpfung (1,5 – 2,0 %) und Bearbeitung berücksichtigt werden. Das Muster soll die komplexe Form des Rahmens, einschließlich aller inneren Hohlräume und Befestigungspunkte, genau darstellen.
Formen: Für den Guss des Rahmens werden harzgebundene Sandformen verwendet. Der Sand wird mit Harzbindern vermischt, um eine aushärtende Form zu bilden. Kerne werden in die Form eingelegt, um innere Hohlräume zu schaffen, beispielsweise für die Exzenterwellenhülse und die Hauptwelle. Die Form wird anschließend mit einer feuerfesten Beschichtung versehen, um die Oberflächenbeschaffenheit des Gussteils zu verbessern.
Besetzung: Hochfester Stahlguss (ZG270–500) wird in einem Induktionsofen bei einer Temperatur von 1520–1560 °C geschmolzen. Das geschmolzene Metall wird vorsichtig und kontrolliert in die Form gegossen, um eine ordnungsgemäße Füllung zu gewährleisten und die Bildung von Defekten zu minimieren. Nach dem Gießen lässt man den Rahmen langsam in der Form abkühlen, um innere Spannungen abzubauen.
Wärmebehandlung: Der Gussrahmen wird einem Wärmebehandlungsprozess unterzogen. Zunächst wird er bei einer Temperatur von 880 - 920 °C normalisiert und anschließend luftgekühlt. Anschließend erfolgt ein Anlassen bei 550 - 600 °C, um die mechanischen Eigenschaften wie Härte (HB 180 - 220) und Zähigkeit zu verbessern.
BearbeitungDer wärmebehandelte Rahmen wird anschließend bearbeitet. CNC-Fräsmaschinen dienen zur Bearbeitung der Montageflächen für die konkave, exzentrische Wellenhülse und weitere Komponenten. Die Bearbeitungsgenauigkeit wird für wichtige Abmessungen auf ±0,1 mm kontrolliert. Durch Bohren und Gewindeschneiden werden Löcher für Schrauben und andere Befestigungselemente geschaffen.
3.2 Herstellung von beweglichen Kegeln (Manteln)
Schmieden: Rohlinge aus hochmanganhaltigem Stahl (ZGMn13) oder hochchromhaltigem Gusseisen werden auf 1100–1150 °C erhitzt und anschließend in die konische Mantelform geschmiedet. Durch das Schmieden wird die Kornstruktur des Materials ausgerichtet, was seine Festigkeit und Verschleißfestigkeit verbessert. Um die gewünschte Form und Maßgenauigkeit zu erreichen, können mehrere Schmiedeschritte erforderlich sein.
Wärmebehandlung: Nach dem Schmieden wird der Mantel wärmebehandelt. Bei hochmanganhaltigem Stahl wird er bei 1050–1100 °C lösungsgeglüht und anschließend wassergehärtet, um eine martensitische Struktur mit hoher Härte zu erhalten. Die Härte des Mantels nach der Wärmebehandlung beträgt typischerweise HRC 45–55.
Bearbeitung: Der wärmebehandelte Mantel wird bearbeitet, um die endgültigen Abmessungen zu erreichen. CNC-Dreh- und Fräsmaschinen werden verwendet, um die äußere konische Oberfläche, die Bodenfläche für das Kugellager und alle weiteren notwendigen Merkmale zu bearbeiten. Die Oberflächenbeschaffenheit der Arbeitsfläche des Mantels wird sorgfältig kontrolliert, um einen gleichmäßigen Brechvorgang mit einer Rauheit von Ra 3,2 - 6,3 μm zu gewährleisten.
3.3 Herstellung stationärer Kegel (konkav)
Besetzung: Ähnlich wie der Rahmen wird auch die Konkavität in kunstharzgebundenen Sandformen gegossen. Manganreicher Stahl oder chromreicher Gusseisen wird in einem Induktionsofen bei 1450–1500 °C geschmolzen und in die Form gegossen. Der Gussprozess wird sorgfältig kontrolliert, um eine gleichmäßige Dicke zu gewährleisten und Porosität zu minimieren.
Wärmebehandlung: Der gegossene Hohlkörper wird wärmebehandelt, um seine mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Er wird üblicherweise normalisiert und angelassen. Bei hochmanganhaltigem Stahl liegt die Normalisierungstemperatur bei etwa 950–1000 °C, gefolgt von einem Anlassen bei 200–300 °C, um die gewünschte Härte und Zähigkeit zu erreichen.
Bearbeitung: Nach der Wärmebehandlung wird der Konkavraum bearbeitet. Die Innenfläche wird passend zum Mantel mit einem speziellen Profil bearbeitet, die Außenfläche für die Montage am Rahmen. Die Bearbeitungsgenauigkeit des Innenflächenprofils liegt bei ±0,5 mm, die Oberflächenrauheit beträgt Ra 6,3 - 12,5 μm.
3.4 Herstellung der Exzenterwellenhülse
Besetzung: Zum Gießen der Exzenterwellenhülse wird legierter Stahlguss (ZG35CrMo) verwendet. Der Gießprozess ähnelt dem des Rahmens, wobei die Gießtemperatur (1500 - 1540 °C) und die Formgestaltung sorgfältig kontrolliert werden, um die korrekte Bildung der Exzenterform zu gewährleisten.
Wärmebehandlung: Die gegossene Exzenterwellenhülse wird bei 850 - 880 °C abgeschreckt und anschließend bei 580 - 620 °C angelassen, um die erforderlichen mechanischen Eigenschaften wie hohe Festigkeit und gute Verschleißfestigkeit zu erreichen. Die Härte nach der Wärmebehandlung beträgt typischerweise HB 220 - 260.
Bearbeitung: CNC-Drehmaschinen und Schleifmaschinen werden zur Bearbeitung des Außen- und Innendurchmessers der Exzenterwellenhülse sowie der Oberflächen für Kegelrad und Lager eingesetzt. Die Bearbeitungsgenauigkeit für den Exzenterdurchmesser liegt innerhalb von ±0,05 mm, und die Oberflächenrauheit der Lagerkontaktflächen beträgt Ra 0,8 - 1,6 μm.
3.5 Federherstellung
Drahtziehen: Legierter Federstahldraht (z. B. 60Si2Mn) wird auf den gewünschten Durchmesser gezogen, mit einer Durchmessertoleranz von ±0,05 mm. Anschließend wird der Draht mit einer Federwickelmaschine in die Federform gewickelt.
4. Verarbeitungs- und Veredelungsprozesse
Malerei: Alle freiliegenden Metalloberflächen des Brechers, wie z. B. der Rahmen, sind mit Korrosionsschutzfarbe lackiert. Die Farbe wird üblicherweise in mehreren Schichten aufgetragen. Zunächst wird eine Grundierung zur Verbesserung der Haftung aufgetragen, gefolgt von einer oder mehreren Deckschichten. Die verwendete Farbe ist typischerweise eine hochwertige Epoxidfarbe, die in rauen Arbeitsumgebungen guten Schutz vor Rost und Korrosion bietet.
Schmierung: Alle beweglichen Teile wie Lager, Wellen und Zahnräder werden mit geeigneten Schmiermitteln geschmiert. Für Lager wird häufig Fett (z. B. Lithiumfett) verwendet, für Zahnräder hingegen ölbasierte Schmiermittel. Die Schmierstellen sind so gestaltet, dass sie für die regelmäßige Wartung leicht zugänglich sind.
Der Brecher wird in einer bestimmten Reihenfolge montiert. Zunächst wird der Rahmen auf eine stabile Werkbank gestellt. Anschließend wird die Exzenterwellenhülse in den Rahmen eingebaut, gefolgt von der Hauptwelle und dem Mantel. Der Konkavkorb wird anschließend am oberen Teil des Rahmens montiert. Die Federbaugruppe wird um den unteren Teil des Rahmens herum installiert und das Getriebesystem wird montiert und angeschlossen.
Bei der Montage werden alle Komponenten sorgfältig ausgerichtet und mit Schrauben und Muttern befestigt. Drehmomentschlüssel sorgen dafür, dass die Schrauben mit dem vorgeschriebenen Drehmoment angezogen werden. Je nach Größe und Typ der Schraube liegt das Drehmoment typischerweise im Bereich von 100 bis 500 Nm.
Nach der Montage wird der Brecher eingestellt. Der Auswurfspalt zwischen Mantel und Dreschkorb wird mithilfe des Federverstellmechanismus oder anderer Einstellvorrichtungen eingestellt. Die Einstellung erfolgt, um die gewünschte Partikelgröße des zerkleinerten Produkts zu erreichen. Die Einstellgenauigkeit für den Auswurfspalt liegt bei ±1 mm.
Das Getriebesystem wird ebenfalls eingestellt, um die korrekte Ausrichtung der Zahnräder und Riemen sicherzustellen. Die Riemenspannung wird auf den empfohlenen Wert eingestellt, der üblicherweise mit einem Riemenspannungsmessgerät gemessen wird. Der Zahneingriff wird überprüft, um einen reibungslosen Betrieb und minimale Geräuschentwicklung zu gewährleisten.
5. Qualitätskontrollprozesse
Analyse der chemischen Zusammensetzung: Proben der zum Gießen und Schmieden verwendeten Rohstoffe wie Stahlguss, hochmanganhaltiger Stahl und legierter Stahl werden mit Spektrometern analysiert, um ihre chemische Zusammensetzung zu überprüfen. Beispielsweise sollte der Kohlenstoffgehalt in ZGMn13 im Bereich von 1,0 bis 1,4 % liegen und der Mangangehalt 11 bis 14 %.
Inspektion mit Koordinatenmessgeräten (KMG): Mit einem Koordinatenmessgerät werden die wichtigsten Abmessungen aller Komponenten gemessen, wie z. B. der Durchmesser der Exzenterwellenhülse, die Höhe und der Durchmesser von Mantel und Konkavität sowie der Abstand zwischen den Befestigungslöchern am Rahmen. Die Messgenauigkeit des Koordinatenmessgeräts liegt bei ±0,02 mm.
Messgeräteprüfung: Speziallehren werden verwendet, um die Größe von Merkmalen wie der Gewindesteigung von Schrauben und der Passung zwischen zusammenpassenden Teilen zu überprüfen. Beispielsweise wird die Passung zwischen Hauptwelle und Lager mit einer Bohrungslehre und einer Wellenlehre geprüft, um sicherzustellen, dass das Spiel innerhalb des angegebenen Bereichs liegt.
Ultraschallprüfung (UT): Ultraschall dient zur Erkennung innerer Defekte in Gussteilen, wie Porosität, Risse und Einschlüsse. Die Ultraschallwellen werden durch das Material geleitet, und Defekte werden durch Analyse der reflektierten Wellen erkannt. Defekte, die eine bestimmte Größe (normalerweise 3–5 mm) überschreiten, gelten als inakzeptabel.
Magnetpulverprüfung (MPT): MPT wird verwendet, um Oberflächenrisse und oberflächennahe Risse in ferromagnetischen Materialien wie Stahlbauteilen zu erkennen. Ein Magnetfeld wird an das Bauteil angelegt und magnetische Partikel auf die Oberfläche gestreut. Risse ziehen die magnetischen Partikel an und werden dadurch sichtbar.
Leer - Belastungstest: Der montierte Brecher wird 2 bis 4 Stunden ohne Material betrieben. Dabei werden die Rotation der Welle, die Funktion des Getriebes und die Stabilität der Maschine überprüft. Der Vibrationspegel der Maschine wird mit Vibrationssensoren gemessen und sollte innerhalb der angegebenen Grenzen liegen (normalerweise weniger als 10 mm/s).
Belastungstest: Anschließend wird der Brecher einem Belastungstest unterzogen. Eine repräsentative Probe des zu zerkleinernden Materials (z. B. Granit oder Kalkstein) wird kontrolliert in den Brecher eingebracht. Die Produktionsleistung, die Korngrößenverteilung des zerkleinerten Produkts sowie der Verschleiß von Mantel und Dreschkorb werden gemessen. Die Produktionsleistung sollte dem Nennwert des Brechers entsprechen und die Korngrößenverteilung im angegebenen Bereich liegen.
6. Installationsprozess
Das Fundament wird mit einer Wasserwaage oder einem Laser-Nivelliergerät auf eine Genauigkeit von ±0,1 mm/m nivelliert. Beim Gießen werden Ankerbolzen in das Fundament eingelassen. Die Ankerbolzen dienen zur Befestigung des Brechers am Fundament und sollten einen ausreichenden Durchmesser und eine ausreichende Länge haben, um den auf den Brecher wirkenden Kräften standzuhalten.
Der Brecher wird vorsichtig mit einem Kran oder einem anderen Hebegerät angehoben und auf dem Fundament platziert. Der Brecher wird mit den Ankerbolzen ausgerichtet, und Unterlegscheiben werden unter den Rahmen gelegt, um die Höhe und Ausrichtung des Brechers anzupassen. Die Unterlegscheiben bestehen aus Stahl und haben eine Dicke von 0,5 bis 5 mm.
Anschließend werden die Ankerbolzen mit einem Drehmomentschlüssel auf das angegebene Drehmoment angezogen, das je nach Bolzengröße üblicherweise im Bereich von 300 - 800 Nm liegt. Der Anziehvorgang erfolgt über Kreuz, um eine gleichmäßige Lastverteilung zu gewährleisten.
Die Keilriemen werden zwischen der Motor- und der Brecherscheibe montiert. Die Riemenspannung wird mit einem Riemenspannungsmessgerät auf den empfohlenen Wert eingestellt. Die richtige Riemenspannung ist wichtig, um eine effiziente Kraftübertragung zu gewährleisten und ein Durchrutschen des Riemens zu verhindern.
Die Kegelräder im Getriebe werden eingebaut und eingestellt, um einen einwandfreien Eingriff zu gewährleisten. Das Spiel zwischen den Zahnrädern wird mit einer Fühlerlehre gemessen und auf den angegebenen Wert eingestellt, üblicherweise im Bereich von 0,1 - 0,3 mm.
Das Schmiersystem, bestehend aus Ölpumpen, Filtern und Ölleitungen, wird installiert. Die Ölleitungen werden an alle Schmierstellen des Brechers, wie Lager und Getriebe, angeschlossen. Das Schmiersystem wird mit dem entsprechenden Schmiermittel befüllt und der Ölstand geprüft.
