Der Backenbrecher mit Einzelpendel, ein traditionelles Primärbrechgerät, verfügt über eine bewegliche Backe, die in einem einzigen Bogen um eine Aufhängungswelle schwingt. Er eignet sich zum Zerkleinern von Materialien mit einer Druckfestigkeit von ≤ 250 MPa (z. B. Kalkstein, Kohlenganggestein) in 10–200 mm große Partikel (Zerkleinerungsverhältnis 3–5). Seine Struktur umfasst einen Rahmen, feste/bewegliche Backen, eine Exzenterwellenübertragung, eine Unterlegscheibeneinstellung und Kniehebelplatten-Sicherheitsvorrichtungen und zeichnet sich durch Einfachheit und niedrige Kosten aus.
Die Fertigung umfasst gegossene/geschweißte Rahmen, 40Cr-Exzenterwellen (Schmiedeverhältnis ≥2,5) und ZGMn13-Backenplatten (wassergehärtet). Die Qualitätskontrolle umfasst Ultraschallprüfungen für Gussteile, Lagerkoaxialitätsprüfungen (≤0,1 mm) und Belastungstests (≥90 % Partikelgrößenkonformität).
Es wird häufig in kleinen Bergwerken, bei Baumaterialien, im ländlichen Straßenbau und bei der Kohlevorverarbeitung eingesetzt und bietet wirtschaftliche Zuverlässigkeit für einfache Zerkleinerungsanforderungen mit geringem Budget, allerdings mit geringerer Effizienz als Doppelpendelmodelle.
Detaillierte Einführung in Einzelpendel-Backenbrecher
Der Backenbrecher mit Einzelpendel ist der traditionellste und am weitesten verbreitete Backenbrechertyp. Seine bewegliche Backe schwingt in einem einzigen Bogen um eine Aufhängungswelle (ähnlich einem Pendel), daher der Name "single pendulum.". Er zeichnet sich durch seine einfache Struktur, die geringen Kosten und die einfache Wartung aus und spielt eine Schlüsselrolle bei der Primärzerkleinerung in kleinen bis mittelgroßen Bergwerken, bei Baumaterialien und im Straßenbau. Er kann Materialien mit einer Druckfestigkeit ≤ 250 MPa (z. B. Kalkstein, Sandstein, Gangart) mit einem Brechverhältnis von 3–5 und einer von 10–200 mm einstellbaren Austragsöffnung zerkleinern.
I. Aufbau und Struktur von Einzelpendel-Backenbrechern
Die Struktur eines einzelnen Pendelbackenbrechers basiert auf dem Pendelbrechprinzip und besteht aus fünf Kernkomponenten: Rahmen, Brechmechanismus, Getriebe, Einstellvorrichtung und Sicherheitsvorrichtung. Diese Komponenten arbeiten zusammen, um eine Materialkompressionszerkleinerung zu erreichen, mit spezifischen Strukturen und Funktionen wie folgt:
Rahmen
Als tragende Basis verwenden kleine bis mittelgroße Modelle (z. B. PE250×400) integralen Stahlguss (ZG230-450), während größere Modelle (z. B. PE600×900) Schweißkonstruktionen (Q235B-Stahlplatten, 15–30 mm dick) verwenden. Der Rahmen verfügt auf beiden Seiten über Lagersitzlöcher (zur Unterstützung der Exzenterwelle) und Kniehebelplattensitze (Montage der Kniehebelplatten).
Der Boden ist offen (erleichtert die Entladung), wobei die feste Backe und das Übertragungssystem jeweils am vorderen und hinteren Ende befestigt sind. Die Gesamtsteifigkeit muss den Aufprallkräften beim Zerkleinern standhalten (100–500 kN, je nach Modell).
Zerkleinerungsmechanismus
Feste Backe: An der Vorderseite des Rahmens befindet sich eine senkrecht oder leicht geneigte (≤15°) Oberfläche mit einer festen Backenplatte (ZGMn13-Manganstahl, 30–80 mm dick) mit trapezförmigen oder dreieckigen Zähnen (5–10 mm hoch), um die Materialhaftung zu verbessern.
Beweglicher Kiefer: Oben über eine Aufhängungswelle (fester Drehpunkt) mit dem Rahmen verbunden und unten mit der Kniehebelplatte verbunden, wodurch eine Pendelstruktur entsteht. Hergestellt aus Stahlguss (ZG310-570) mit einer beweglichen Backenplatte (symmetrisch zur festen Backenplatte), schwingt es während des Betriebs in einem Bogen um die Aufhängungswelle und erzeugt so mit der festen Backe eine periodische Kompression.
Übertragungssystem
Motor: Liefert Leistung (3–75 kW, modellabhängig), verbunden mit der Riemenscheibe über Keilriemen mit einer Drehzahl von 750–1500 U/min.
Riemenscheibe und Exzenterwelle: Die Riemenscheibe (HT250 Grauguss) überträgt die Motorleistung auf die Exzenterwelle (45# Stahl oder 40Cr, gehärtet auf 22–28 HRC). Die Exzenterkonstruktion wandelt die Drehbewegung in die Schwingung der beweglichen Backe um (150–300 Zyklen/min).
Aufhängungswelle und Lager: Die Aufhängungswelle (45#-Stahl, oberflächengehärtet auf 40–45 HRC) ist am oberen Teil des Rahmens befestigt, wobei die bewegliche Backe über Gleit- oder Wälzlager um sie herum schwingt. Die Exzenterwelle wird durch Pendelrollenlager in den Lagersitzen des Rahmens für eine stabile Rotation gelagert.
Einstellvorrichtung
Anwendung Einstellscheibe: Zwischen der Kippplatte und der Rahmenrückwand wird ein Satz Unterlegscheiben unterschiedlicher Dicke platziert. Die Auslauföffnung wird durch Hinzufügen/Entfernen von Unterlegscheiben mit einer Genauigkeit von ±1 mm eingestellt. Kleine bis mittlere Modelle erfordern einen manuellen Unterlegscheibenwechsel, während große Modelle zur einfacheren Einstellung manuelle Heber verwenden können.
Sicherheitsvorrichtung
Der Kippplatte fungiert als Sicherheitsstift: Er besteht aus HT200-Gusseisen (sprödes Material) und wird zwischen der beweglichen Backe und dem Kniehebelplattensitz des Rahmens installiert. Wenn nicht zerkleinerbare Materialien (z. B. Eisenblöcke) in die Kammer gelangen, bricht die Kniehebelplatte unter übermäßigem Druck und schützt so kritische Komponenten (Exzenterwelle, Rahmen).
II. Herstellungsverfahren
Der Herstellungsprozess von Backenbrechern mit Einzelpendel konzentriert sich auf strukturelle Steifigkeit und Übertragungszuverlässigkeit. Die wichtigsten Schritte sind die folgenden:
Rahmenfertigung
Gussrahmen: ZG230-450-Stahlschmelze wird mittels Harzsandguss zu Rohlingen gegossen (Gießtemperatur 1450–1550 °C). Nach langsamem Abkühlen (zur Vermeidung von Schrumpfung/Rissen) folgt die Grobbearbeitung und anschließende Alterung (Entlastung der Gussspannungen). Die Montagefläche der festen Backe wird auf eine Ebenheit von ≤ 0,2 mm/m fertigbearbeitet, und die Lagersitzlöcher werden mit einer Toleranz von H8 (Ra ≤ 3,2 μm) gebohrt.
Geschweißter Rahmen: Q235B-Platten werden CNC-geschnitten (±1 mm Toleranz) und mittels Unterpulverschweißen (Schweißnahthöhe 8–12 mm) verschweißt. Eine Vibrationsalterung nach dem Schweißen (20–50 Hz für 2–4 Stunden) gewährleistet eine Restspannung von ≤80 MPa, um Verformungen im Betrieb zu verhindern.
Herstellung von Schlüsselkomponenten
Exzenterwelle: 40Cr-Stahl wird geschmiedet (Schmiedeverhältnis ≥2,5), vorgedreht und auf 22–28 HRC angelassen (840 °C Abschrecken + 560 °C Anlassen). Präzisionsdrehen gewährleistet eine Exzentrizitätstoleranz von ±0,1 mm, wobei die Zapfenoberfläche auf Ra ≤1,6 μm geschliffen ist. Die Magnetpulverprüfung (MT) stellt sicher, dass keine Oberflächenrisse auftreten.
Bewegliche und feste Backen: Die bewegliche Backe wird aus ZG310-570 im Sandgussverfahren gegossen und nach der Grobbearbeitung drei Stunden lang bei 600–650 °C geglüht. Die Bohrung der Aufhängungswelle wird mit einer Toleranz von H7 gebohrt und weist einen Passungsabstand von 0,05–0,1 mm zur Aufhängungswelle auf. Die feste Backe wird entweder integral mit dem Rahmen gegossen oder verschraubt, wobei die Parallelität zur beweglichen Backe ≤0,2 mm/m beträgt.
Backenplatten: ZGMn13 wird einer Wasserhärtung (1050 °C für 1–2 Stunden, wassergehärtet) unterzogen, um eine austenitische Struktur (Schlagzähigkeit ≥ 180 J/cm²) zu bilden. Zahnprofile werden durch Bearbeitung oder Gießen geformt, um einen gleichmäßigen Materialkontakt zu gewährleisten.
Montage und Inbetriebnahme
Montage: Die Aufhängungswelle wird am Rahmen befestigt, gefolgt von der beweglichen Backe (mit 0,1–0,2 mm Lagerspiel), der Exzenterwelle, der Riemenscheibe, der Kniehebelplatte und den Unterlegscheiben. Die Schrauben werden mit dem vorgeschriebenen Drehmoment angezogen (z. B. M20-Schrauben: 200–250 N·m).
Leerlaufprüfung: 1 Stunde Laufzeit prüft Lagertemperatur (≤75℃), Geräusch (≤90 dB) und gleichmäßiges Schwingen. Keilriemenspannung wird eingestellt (Durchbiegung 1,5 % der Spanne).
Belastungstests: Durch 2-stündiges Zerkleinern des Kalksteins werden die Einhaltung der Entladungsgröße (≥ 90 %), die Stabilität des Motorstroms (Schwankung ≤ 10 %) und die Funktionalität der Sicherheitsvorrichtung (Kippplattenbrüche bei simulierter Überlastung) überprüft.
III. Qualitätskontrollprozesse
Um die grundlegende Zuverlässigkeit (ausgelegte Lebensdauer ≥ 8 Jahre, ohne Verschleißteile) sicherzustellen, konzentriert sich die Qualitätskontrolle auf die wichtigsten Leistungsindikatoren:
Rohmaterial- und Rohlingsprüfung
Stahlgusskomponenten (Rahmen, bewegliche Backe) werden einer 100%igen Sichtprüfung (keine Schrumpfung/Risse) und einer UT-Prüfung (innere Defekte ≤φ3 mm) unterzogen. Stahlplatten (geschweißte Rahmen) erfordern Materialzertifikate mit einer Zugfestigkeit von ≥375 MPa.
Schmiedeteile (Exzenterwelle, Aufhängungswelle) werden auf Schmiedeverhältnis und Korngröße überprüft, mit stichprobenartigen mechanischen Tests (Zugfestigkeit ≥600 MPa, Streckgrenze ≥350 MPa).
Prüfung der Bearbeitungsgenauigkeit
Die Koaxialität der Lagersitzbohrungen wird mit Messuhren (≤0,1 mm) überprüft. Die Parallelität zwischen den Montageflächen der festen und beweglichen Backen wird mit Wasserwaagen (≤0,2 mm/m) überprüft.
Exzentrizitäts- und Rundheitsfehler der Exzenterwelle werden mit Werkzeugmikroskopen (≤0,1 mm) gemessen und die Zapfenoberflächenrauheit wird mit Profilometern (Ra ≤1,6 μm) validiert.
Montage- und Leistungstests
Montagelücken: Der Spaltunterschied zwischen den beweglichen und festen Backen (oben vs. unten) beträgt ≤1 mm. Kontaktfläche der Kniehebelplatte mit dem Sitz beträgt ≥70 % (gewährleistet gleichmäßige Kraftübertragung). Anstieg der Lagertemperatur im Leerlauf ≤40 °C (über Umgebungstemperatur).
Überwältigende Leistung: Durch das Zerkleinern von Kalkstein mit 150 MPa bei Nennkapazität wird ein Zerkleinerungsverhältnis von ≥90 % des Auslegungswerts erreicht (z. B. PE400×600: ≥3,8 gegenüber Auslegung 4). Überkornanteil ≤5 %.
Sicherheitsvalidierung: Simulierte Überlastungstests (1,5-fache Nennzufuhrgröße) bestätigen Kniehebelplattenbrüche innerhalb von 30 Sekunden, ohne andere Komponenten zu beschädigen.
IV. Anwendungen in Produktionslinien und Industrien
Einpendel-Backenbrecher werden wegen ihrer Einfachheit und niedrigen Kosten geschätzt und vor allem in kleinen bis mittelgroßen Produktionslinien mit bescheidenen Anforderungen an Effizienz und Partikelform eingesetzt:
Primärzerkleinerung in kleinen bis mittleren Minen
Als Brecher der ersten Stufe in kleinen Eisenerz- oder Kalksteinminen zerkleinert er gesprengtes Erz (200–500 mm) auf 50–150 mm für nachfolgende Kugelmühlen oder Kegelbrecher. Beispielsweise werden in Kalksteinminen mit einer Kapazität von 100.000 t/Jahr häufig Modelle vom Typ PE400×600 mit Vibrationssieben für einfache Brechlinien verwendet.
Baustoffproduktion
Zerkleinert Sandstein und Schiefer für Wandmaterialien (z. B. Porenbetonsteine) oder Bauschutt (Ziegel, Beton) für recycelte Zuschlagstoffe (Straßenunterbau). Seine einfache Konstruktion eignet sich für häufige Standortwechsel (z. B. kleine mobile Brechanlagen).
Straßenbau-Basiszerkleinerung
Zerkleinert lokales Kopfsteinpflaster und Gestein für ≤100 mm Straßenunterbau-Zuschlagstoffe (z. B. zementstabilisierten Makadam) bei ländlichen oder minderwertigen Straßenprojekten. Bei geringen Anforderungen kann auf das Sieben verzichtet werden, um Kosten zu senken.
Kohleindustrie
Zerkleinert Rohkohle oder Gangart (Druckfestigkeit ≤ 80 MPa). Sein niedriger Zerkleinerungsgrad minimiert die Überzerkleinerung der Kohle (reduziert den Verlust von Feinanteilen) und eignet sich daher für die Vorverarbeitung in kleinen bis mittleren Kohlewäschereien.
V. Wesentliche Unterschiede zu Doppelpendel-Backenbrechern
Bewegungsbahn: Die einzelne Pendelbacke schwingt nur in einem Bogen (größerer Schwung unten), während die doppelte Pendelbacke Bogenschwingung mit vertikaler Bewegung kombiniert (höhere Effizienz).
Effizienz: Modelle mit Einzelpendel haben eine um 10–20 % geringere Kapazität als Modelle mit Doppelpendel gleicher Größe, sind aber einfacher zu warten und kostengünstiger.
Materialeignung: Einzelpendelbrecher eignen sich besser für mittelweiche Materialien (z. B. Kalkstein), während Doppelpendelmodelle härtere Materialien (z. B. Granit) verarbeiten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass einzelne Pendelbackenbrecher nach wie vor weit verbreitet in kleinen, budgetbeschränkten Brechszenarien eingesetzt werden, die grundlegende Funktionen erfordern und eine Einstiegslösung für die Primärzerkleinerung darstellen.
